## Implementasi Pengendali Digital Arduino UNO pada Electrical Stimulator
Zuly Budiarso 1 dan Hersatoto Listiyono 2
1,2 Fakultas Teknologi Informasi, Universitas Stikubank Semarang Email: zbudiarso@gmail.com; herlistiyono@gmail.com

## Abstrak
Perkembangan teknologi   digital  secara  umum  menyebabkan  teknologi  sistem  kendali  berkembang sejalan  dengan  perkembangan  sistem  digital.  Perubahan  Sistem  Kendali  analog  menjadi  sistem  kendali digital  merupakan  salah  satu  hal  yang  menjadi  awal  berkembangnya  sistem  kendali.  Dengan  berubahnya sistem kendali analog menjadi sistem kendali digital maka jenis perangkat yang digunakan juga berubah.
Mikrokontroler  merupakan  perangkat  yang  mewakili  suatu  figur  sistem  kendali  modern  yang  telah dikemas dalam sebuah chip / rangkaian terpadu. Dengan  mikrokontroler perancangan sistem kendali dapat dilakukan lebih efisien. Kemampuan mikrokontroler dalam sistem kendali dilengkapi dengan berbagai fitur penunjang,  diantaranya  prosessor,  memory,  A/D  converter,  analog/digital  input/output  dan  beberapa kemampuan lain untuk mengolah data digital maupun analog.
Perancangan  sebuah  sistem  kendali  dengan  menggunakan  mikrokontroler  terdiri  3  tahapan.  Tahap pertama  adalah  merancang  model  sistem  kendali.  Pada  tahap  ini  ditentukan  semua  parameter  yang berhubungan,  model  sistem  kendali,  kebutuhan  perangkat  keras  dan  perangkat  lunak.  Tahap  kedua  adalah perancangan  algoritma  untuk  menyelesaikan  masalah  dalam  sistem  kendali.  Pada  tahap  ini  dibuat  tahap demi tahap proses penyelesaian masalah sistem kendali secara rinci dan perancangan program. Tahap ketiga adalah  implementasi  dan  pengujian  sistem  kendali.  Pengujian  yang  dilakukan  adalah  dengan  mencoba semua fasilitas yang tersedia dalam sistem kendali.
Sistem kendali electrical stimulator terdiri dari 3 (tiga) bagian pokok, yaitu yaitu Power Suply, Sistem Kendali  dan  Display.  Masing-masing  kendali  mempunyai  masukan  dan  keluaran  yang  berbeda.  Masukan dan  keluran  sistem  kendali  terdiri  dari  masukan  dankeluran  analog  dan  digital.  Masukan  digital  berfungsi memberikan  sinyal  kepada  sistem  secara  digital  sedangkan  keluran  analog  dihubungkan  dengan  perangkat indikator.  Kendali  sinyal  berfungsi  memilih  jenis  sinyal  sesuai  dengan  keluran  yang  dipilih,  yaitu  sinyal sinusoidal, segitiga dan kotak.
Dengan adanya perubahan sistem kendali dari analog ke digital akan diperoleh beberapa keuntungan diantaranya adalah kemudahan dalam mengoperasikan generator sinyal, akurasi besaran lebih tepat, pengembangan sistem kendali lebih mudah.
Kata kunci: arduino, mikrokontroler, sistem kendali digital

## PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi   digital secara umum  menyebabkan  teknologi  sistem  kendali berkembang  sejalan  dengan  perkembangan sistem digital. Perubahan Sistem Kendali analog menjadi  sistem  kendali  digital  merupakan  salah satu  hal  yang  menjadi  awal  berkembangnya sistem  kendali.  Dengan  berubahnya  sistem kendali  analog  menjadi  sistem  kendali  digital maka  jenis  perangkat  yang  digunakan  juga berubah.
Mikrokontroler  merupakan  perangkat  yang mewakili  suatu  figur  sistem  kendali  modern yang  telah  dikemas  dalam  sebuah chip / rangkaian  terpadu.  Dengan  mikrokontroler perancangan  sistem  kendali  dapat  dilakukan
lebih efisien. Kemampuan mikrokontroler dalam sistem  kendali  dilengkapi  dengan  berbagai  fitur penunjang, diantaranya prosessor, memory, A/D converter, analog/digital input/output dan beberapa  kemampuan  lain untuk  mengolah  data digital maupun analog.
Perancangan  sebuah  sistem  kendali  dengan menggunakan  mikrokontroler  terdiri  3  tahapan. Tahap  pertama  adalah  merancang  model  sistem kendali.  Pada  tahap  ini  ditentukan  semua parameter  yang  berhubungan,  model  sistem kendali, kebutuhan perangkat keras dan perangkat lunak. Tahap kedua adalah perancangan  algoritma  untuk  menyelesaikan masalah  dalam  sistem  kendali.  Pada  tahap  ini dibuat  tahap  demi  tahap  proses  penyelesaian
masalah  sistem  kendali  secara  rinci  dan perancangan  program.  Tahap  ketiga  adalah implementasi  dan  pengujian  sistem  kendali. Pengujian  yang  dilakukan  adalah  dengan mencoba  semua  fasilitas  yang  tersedia  dalam sistem kendali
Electrical  Stimulator adalah  alat  yang digunakan  untuk  merangsang  kerja  otot  dan syaraf  manusia  khususnya  pada  pasien  yang menderita  penurunan  atau  pelemahan  kerja  otot dan syaraf, sehingga diharapkan dapat memberikan  bantuan  untuk  dapat  membantu proses penyembuhan penderita. Dengan memberikan  arus  listrik  pada  otot  yang  sakit maka  akan  terjadi  aliran  arus  listrik  pada  suatu titik  tertentu  ke  titik  yang  lain  pada  tubuh manusia. Arus listrik tersebut akan menyebabkan  rangsangan  pada  otot  dan  syaraf untuk berkontraksi sesuai dengan fungsinya.

## METODE PENELITIAN

## 1. Perancangan Sistem Kendali
Langkah  pertama  yang  dilakukan  dalam penelitian adalah merancang sistem kendali yang meliputi  perancangan  perangkat  keras  dan perangkat  lunak.  Selain  modul  arduino  sebagai perangkat  utama,  dalam  sistem  kendali  juga diperlukan  beberapa  rangkaian  pendukung sistem  kendali.  rangkaian  tersebut  sangat diperlukan  dalam  sistem  kendali  karena  sinyal keluaran dari arduino adalah jenis sinyal digital. Sehingga  fungsi  sinyal  keluaran  arduino  adalah sebagai  penyulut  ( trigger) bagi  rangkaian  yang berfungsi  sebagai  pengendali.  Dalam  sistem kendali  ini  terdapat  3  jenis  rangkaian,  yaitu rangkaian  kendali  power  supply,  kendali  sinyal dan  kendali  indikator  atau display. Langkah kerja penelitian seperti terlihat pada gambar 1.
Gambar 1. Roadmap Penelitian

## 2. Generator Sinyal XR-2206
Salah satu rangkaian yang dapat menghasilkan  beberapa  jenis  gelombang  adalah rangkaian  yang  menggunakan  IC  XR-2206 sebagai komponen utamanya. Dengan menggunakan  rangkaian  tersebut  akan  dapat dihasilkan  gelombang  sinusoidal,  gelombang persegi, gelombang segi tiga dan gelombang gigi gergaji.  Disamping  itu  rangkaian  tersebut  juga dapat  berfungsi  sebagai  pembangkit  pulsa. Daerah  kerja  IC  cukup  lebar  yaitu  0,01  Hz sampai  dengan  1  MHz.  Sehingga  generator sinyal  tersebut  dapat  digunakan  untuk  berbagai keperluan.  Blok  diagram  IC  XR-2206  dapat dilihat pada gambar 2.
Gambar 2. Blok Diagram XR-2206
Sinyal yang dihasilkan oleh XR-2206 dapat diatur  amplitudo  dan  frekuensinya  dengan menambahkan  sebuah resistor  variabel yang dipasang  pada  salah  satu  kaki  IC  dan dihubungkan  dengan ground dan  titik  keluaran. Frekuensi  operasi  XR-2206  adalah  0,01  Hz sampai  dengan  1  MHz.  Sedangkan  tegangan catu  adalah  10  volt  sampai  dengan  26  volt. Fungsi  masing-masing  pin  dari  IC  XR-2206 dapat dilihat pada tabel 1.
Tabel 1. Keterangan Pin IC Pin Simbol Type Keterangan 1 AMS I I Amplitude Modulating Signal Input 2 STO O Sine and Triangle Wave Output
3 MO O Multiplier Output 4 V cc Positive Power Supply 5 TC1 I Timing Capacitor Input 6 TC2 I Timing Capasitor Input 7 TR1 O Timing Resistor 1 Output 8 TR2 O Timing Resistor 2 Output 9 FSKI I Frequency Shift Keying Input 10 BIAS O Internal Voltage Reference 11 SYNCO O Sync Output 12 GND Ground Pin 13 WAVEA1 I Wave Form Adjust Input 1 14 WAVEA2 I Wave Form Adjust Input 2 15 SYMA1 I Wave Symetry Adjust 1 16 SYMA2 I Wave Symetry Adjust 2

## Gambar 3. Rangkaian IC XR-2206

## 3. Sistem Kendali Generator Sinyal
Dalam  penelitian  ini  sistem  kendali  yang direncanakan  terdiri  dari  3  (tiga)  bagian  pokok yang  masing-masing  mempunyai  fungsi  dan
peranan  yang  berbeda-beda,  yaitu  Power  Suply, Sistem  Kendali  dan  Display.  Power  Suply berfungsi  sebagai  sumber  tegangan,  Sistem Kendali merupakan Arduino dan Dsiplay terdiri dari LED dan LCD.
Power  Suply,  berfungsi  sebagai  sumber tegangan untuk seluruh rangkaian yaitu rangkaian  generator  sinyal XR-2206  (  12  Volt), rangkaian kendali ( 6 volt), dan untuk Arduino ( 5  volt).  Arduino  merupakan  bagian  utama  yang berfungsi  sebagai  pengendali  generator  sinyal XR-2206.  Tugas  dari  sistem  kendali  adalah menghidupkan  dan  mematikan  generator  sinyal, mengatur  jenis  sinyal  keluaran,  mengatur tegangan  dan  frekuensi  sinyal  keluaran  dan mengatur  tampilan  pada  indikator  LED  dan LCD  Display.  Blok  diagram  lengkap  sistem kendali dapat dilihat pada gambar 3.
Sistem  kendali  yang  dirancang  dalam penelitian ini terdiri dari dua buah sistem Power Suply yaitu power suply untuk sistem kendali ( 5 volt) dan power suply untuk rangkaian generator sinyal(12 volt). Power Suply sistem kendali akan selalu  dalam  keadaan  hidup  (  ON)  sedangkan power  suply rangkaian  generator  sinyal  hidup dan  matinya  (  ON/OFF)  diatur  oleh  sistem kendali
Gambar 4. Blok Diagram Sistem Kendali DISPLAY SISTEM KENDALI KENDALI POWER SUPLY GENERA TOR SINYAL POWER SUPLY SISTEM KENDALI KENDALI JENIS SINYAL INDIKA TOR
KENDALI SINYAL
SEGITIGA
KENDALI SINYAL KOTAK KENDALI
SINYAL SINUS
Setelah mendapatkan daya dari power suply sistem  kendali  dapat  melakukan  tugasnya  yaitu mengendalikan  generator  sinyal  secaa  digital. Pengendalian  yang  dapat  dilakukan  oleh  sistem adalah sebagai berikut :
a. Menghidupkan  dan  mematikan  generator sinyal. ( ON/OFF)
b. Memilih  jenis  sinyal  (  Kotak,  segitiga,  dan sinusoidal )
c. Mengatur frekuensi sinyal keluaran generator sinyal
d. Mengatur besarnya amplitudo sinyal keluaran generator sinyal
e. Mengatur  besarnya  arus  sinyal  keluaran generator sinyal
f. Display LCD
g. Lampu indikator power

## HASIL DAN PEMBAHASAN
1. Kendali Power Supply
Tugas  pengendali power  supply adalah untuk  mengatur  catu  daya  ke  rangkaian pengendali  dan  rangkaian  generator  sinyal. Karena dalam generator sinyal ini membutuhkan 3  jenis  sumber  daya  yang  berbeda  tegangan, maka  selain  tugas  kendali power  supply adalah mengatur catu daya ke dalam 3 (tiga) rangkaian tersebut.  Rangkaian  kendali  akan  dapat  bekerja setelah  mendapatkan  catu  daya.  Cara  kerja kendali power supply dapat dilihat pada gambar 5.
Gambar 5. Alur kerja pengendali power supply
Pin  D3  berfungsi  masukan  digital  yang berasal  dari  SW  digital.  Switch  dihubungkan dengan  pin  V  5  volt  pada  arduino.  Saat  SW digital ditekan akan memberikan nilai HIGH (1) pada  pin  D3.  Sedangkan  Flowchart  program
dapat  dilihat  pada  gambar  6.  Unit  relay merupakan  sebuah  rangkaian  yang  terdiri  dari sebuah  transistor  yang  berfungsi  sebagai  switch elektronik yang akan bekerja bila mendapat catu tegangan  5volt  yang  berasal  dari  pin  D12 arduino.
Sinyal  dari  arduino  berfungsi  sebagai trigger bagi  transistor  pada  rangkaian  relay. Arus  yang  mengalir  pada  transistor  akan menyebabkan  perbedaan  potensial  pada  kaki relay. Catu daya pada relay adalah sebesar 6 volt atau  12  volt  tergantung  pada  jenis  relay  yang digunakan.  Sedangkan  tegangan  catu  daya  bisa disesuaikan dengan jenis relay yang digunakan.
Flowchart  program  kendali  power  suply dapat dilihat pada gambar 6.
Gambar 6. Flow Chart Kendali Power Supply

## 2. Pengendali Sinyal
Jenis  sinyal  yang  dihasilkan  oleh  generator sinyal  XR-2206  adalah  segitiga,  kotak  dan sinusoidal.  Untuk  mengatur  jenis  keluaran digunakan  tiga  sistem  pengendali.  Cara  kerja pengendali sinyal dapat dilihat pada gambar 7.
Y Mulai Pin D12 HIGH Pin D3=HIGH SW digital SW digital T Y Unit Relai ON Power Suply On/OFF Selesai Unit Relai Arduino Pin D3 PIN D12 Power Suply Generator Sinyal SW digital
Gambar 7. Alur kerja pengendali sinyal
Pada pengendali sinyal terdapat 1 masukan dan  3  buah  keluaran.  Sebagai  masukan  adalah Pin  10,  sedangkan  sebagai  keluaran  adalah  Pin D7,  D8  dan  D9.  Nilai  awal  D10  adalah  LOW. Dalam  keadaan  ini  Pin  D7,  D8  dan  D9  dalam kondisi  LOW,  sehingga  tidak  ada  sinyal  pada keluaran  generator  sinyal.  Sebuah  swich dihungkan  dengan  Pin  D3  dan  pin  5  V  pada arduino.  Ketika  swich  ditekan  satu  kali,  maka kondisi  pin  D10  akan  menjadi  HIGH.  Hal  ini menyebabkan  pin  D10  menjadi  HIGH.  Kondisi ini  akan  menyulut  rangkaian  pengendali  sinyal segitiga  untuk  bekerja  dan  SW-1  menjadi  ON. Jika  swich  ditekan  lagi  maka  SW-2  ON,  dan seterusnya  setiap  kali  swich  ditekan  akan meyebabkan pergantian kondisi keluaran.
Gambar 8. Flowchart Pengendali sinyal

## 3. Indikator dan Display
Setiap  proses  yang  terjadi  dalam  generator sinyal  dapat  dipantau  hasilnya  melaui  dua  cara, yaitu indikator LED dan display LCD. Indikator LED  terdiri  dari  indikator  ON/OFF,  indikator jenis  sinyal  (  LED  warna  merah,  kuning  dan hijau  ).  Sedangkan  paga  LCD  akan  ditampilkan jenis  sinyal  keluaran  dan  kualitas  sinyal keluaran.
Unit Relay 1 Arduino Pin D10 PIN D7 PIN D8 PIN D9 Sinyal Kotak SW digital Unit Relay 2 Sinyal Sinus Unit Relay 3 Sinyal gergaji

## Gambar 9. Flowchart Indikator dan Display

## 4. Layout tombol dan display
Untuk  menunjang  kinerja  generator  sinyal dan kemudahan dalam mengoperasikan perangkat  ini,  digunakan  beberapa  tombol  ntuk mengendalikan perangkat. Terdapat 3 buah tobol yang digunakan yaitu :
a. Tombol  ON/OFF  Analog  untuk  on  dan  off Sistem kendali
b. Tombol  ON/OFF  Digital  untuk  on  dan  off Rangkaian XR-2206
c. Tombol  Pilihan  jenis  Sinyal  (Segitiga, kotak, sinusoidal)
Display indikator terdiri dari :
a. Indikator ON/OFF b. Indikator Sinyal segitiga c. Indikator sinyal kotak d. Indikator sinyal sinusoidal
Layout tampak depan dari peralatan dapat dilihat pada gambar 10.
Gambar 10. Layout tombol dan display

## Keterangan Gambar
a. LCD 16 x 2 b. Tobol Reset c. Indikator sinyal segitiga d. Indikator sinyal sinusoidal e. Indikator sinyal kotak f. Digital ON/OFF g. Tombol Power On/Off

## 1. Pemrograman Antar Muka
Perangkat  lunak  yang  digunakan  dalam pemrogaman  antar  muka  sensor  dan  display dengan  mikrokontroler  arduino  adalah  Arduino Versi  1.05.R-2  Pemrograman  mikrokontroler Arduino  lebih  mudah  dilakukan  dengan  bahasa pemrograman C. Dengan pemrograman berbasis Arduino program yang telah di tulis selanjutnya di- compile agar  diperoleh  bentuk  hexadesimal dengan  bentuk  file *.hex .  bentuk  hexa  inilah yang  akan  dapat  di  download  ke  Arduino.  Di dalam  Arduino  V  1.05,  R-2  sudah  dilengkapi dengan beberapa tool dan fitur yang mendukung dapat  digunakan  oleh  pemakai.  Hal  ini  sangat membantu dalam pemrograman sistem kendali.

## KESIMPULAN
1. Sistem  kendali  menggunakan  arduino  UNO dapat  diterapkan  generator  sinyal  XR  2206 yang  terdiri  dari  kendali  power  suply, kendali  pilihan  sinyal,  dan  kendali  display sehingga  pengguna  dapat  lebih  mudah mengoperasikan generator sinyal dan mengetahui jenis sinyal yang sedang aktif.
2. Indikator  sinyal  ditunjukkan  dengan  LED sedangkan  LCD  display  menunjukkan  jenis sinyal pada keluaraan rangkaian.
3. Indikator  dan  display  hanya  menunjukkan adanya  sinyal,  belum  menunjukkan  besaran sinyal  yaitu  frekuensi  dan  amplitudo  pada keluaran rangkaian.
4. Sistem kendali tegangan, arus dan frekuensi digunakan sebuah IC sebagai driver pengendali amplitudo, freukensi dan arus.

## SARAN
1. Untuk  menambah  kemudahan  pengguna perlu ditambahkan fitur tambahan diantaranya adalah pengatur waktu, pengatur frekuensi dan amplitudo yang dapat diprogramkan.
2. LCD  display  perlu  diperbesar  ukurannya sehingga  dapat  menunjukkan  jenis  sinal, frekuensi, amplitudo dan arus pada keluaran rangkaian.

## DAFTAR PUSTAKA
Budiharto,  Widodo.2005. Panduan  Lengkap Belajar Mikrokontroller Perancangan
Sistem  dan  Aplikasi  Mikrokontroller . Jakarta: PT.Elex Media Komputendo
Dwihono,  Mei  1996, Rangkaian  Logika , Surabaya, INDAH, 1996
Fraden,  F.,  1996, Modern  Sensor, United  Book Press, United States of America
Intelligence  Control  System  Research  Group, EEPIS-ITS, Surabaya, 2002.
Ardi  Winoto,  2008,  “Mikrokontroler  AVR
ATmega8/32/16/8535 dan Pemrogramannya  dengan  Bahasa  C  pada WinAVR”, Penerbit Informatika, Bandung
Endra  Pitowarno,  2005,  “Mikroprosesor  & Interfacing”,  Penerbit  Andi,  Yogyakarta Eddy  Nurahrajo,  2010,  “Sistem  Kendali Mobil Robot dengan Menggunakan
Mikrokontroler ATMEGA 89S52”,
Heri  Susanto,  2013,  "Perancangan  Sistem Telemetri Wireless Untuk Mengukur Suhu dan  Kelembaban  Berbasis  Arduino  UNO
R3 ATMEGA328P dan XBEE Pro"
Teguh  Arif  Gustaman,  2012,  "Pengendali  Pintu Gerbang Menggunakan Bluetooth Berbasis mikrokontroler ATMEGA 8"
Zuly  Budiarso,  2010,  “Rangkaian  Pembangkit Gelombang dengan menggunakan IC XR- 2206, Dinamika Teknik