## Perancangan Alat Pengaduk Magnetik Berbasis Arduino Uno Atmega
328p
Indra Jaya a , Di Ikhwal a
a Sekolah Tinggi Ilmu Kesehatan Muhammadiyah Aceh
E-mail: indra.jaya1981@gmail.com
Diterima: 01-09-2022
Disetujui: 06-11-2022             Diterbitkan: 18-01-2023

## Abstract
To stir and homogenize chemical solutions and other liquid substances, a magnetic stirrer is required. This study aims to create a magnetic stirrer device with three speed levels based on the Arduino Uno microcontroller. This stirrer tool is made up of a DC motor, a Microcontroller with the IC ATmega 328P, a speed control circuit, a buzzer, and an LCD display.  The  IC  controller  will  initialize  commands  to  the  LCD  circuit  and  the  speed control circuit when the device is turned on, according to the tool's working principle. When the set timer button is pressed, the speed set menu appears; on the speed set menu, press the high, low, and normal buttons to select the speed.The motor's speed is controlled using  the  PWM  principle,  which  involves  setting  the  duty  cycle  to  25%  (Low)  for  low speeds where the voltage supply to the DC motor is 1.25 volts, 60% for medium speed (Normal) where the voltage supply is 3 volts, and 100% for high speed (High) where the voltage  supply  is  5  volts.  Then  press  the  Start  button  to  begin  stirring.  If  the  motor  is turned on, the tool will run for a predetermined time ranging from 1 to 15 minutes. Then, press the required speed start button. Then, press the start button to begin stirring; if the motor runs, the stirrer tool will run for the duration specified. To determine the speed of a DC motor at low speeds. Low speed DC motor speed measurements yielded a speed of 2673 rpm, normal speed yielded a speed of 3294 rpm, and high speed yielded a speed of 4438 rpm. The buzzer will sound when the stirring process is complete.

## Keywords: Magnetic, Stirrer, Speed

## Abstrak
Alat  pengaduk  magnetik  sangat  dibutuhkan  untuk  mengaduk  dan  menghomogenkan larutan  kimia  dan  zat-zat  berbentuk  cairan  lainnya.  Tujuan  penelitian  ini  adalah  untuk mengembangkan alat pengaduk magnetik berbasis mikrokontroler Arduino Uno dengan tiga pilihan kecepatan. Alat ini terdiri dari Motor DC, IC Mikrokontroler ATmega328P, rangkaian Pengatur Kecepatan, Buzzer, dan LCD 16x2. Prinsip kerja alat ini adalah pada saat alat dihidupkan mikrokontroler ATmega328P akan melakukan inisialisasi perintah kepada rangkaian LCD dan rangkaian pengatur kecepatan. Kemudian pada saat tombol Set Timer ditekan maka maka akan tampil menu Set Kecepatan, pada menu set kecepatan tekan tombol High, Normal, Low untuk memilih kecepatan yang dibutuhkan. Kecepatan motor  tersebut  diatur  dengan  menggunakan  teknik  PWM  yaitu  dengan  mengatur duty Cycle 25% ( Low) untuk kecepatan rendah sehingga tegangan yang dicatu ke motor DC adalah  1,25  Volt,  sedangkan duty  Cycle 60%  untuk  kecepatan  menengah  (Normal) tegangan yang dicatu ke motor adalah 3 volt serta 100% untuk kecepatan tinggi ( High ) tegangan  yang  dicatu  ke  motor  listrik  adalah  5  volt.  Lalu  tekan  tombol Start untuk memulai  pengadukan,  Jika  motor  bekerja,  maka  alat  akan  berjalan  hingga  waktu  yang telah ditentukan dari 1 menit sampai 15 menit. Pengujian pengukuran kecepatan motor
DC  diperoleh  hasil  rata-rata  yaitu:  pengukuran  pada  kecepatan Low didapat  hasil kecepatan 2673 Rpm, pengukuran pada kecepatan Normal didapat hasil  kecepatan 3294 Rpm,  pengukuran  pada  kecepatan High didapat  hasil  kecepatan  4438  Rpm.  Pada  saat proses pengadukan selesai maka Buzzer akan berbunyi.
Kata kunci: Pengaduk, Magnetik, Kecepatan.

## Pendahuluan
Laboratorium  merupakan  suatu  tempat  untuk  melakukan  eksperimen  dan  riset. Laboratorium  dapat  berfungsi  juga  sebagai  tempat  untuk  mendukung  proses pembelajaran,  praktikum,  peningkatan  ilmu  pengetahuan  terkait,  dan  pengembangan keilmuan lainnya [1][2],[3]).  Salah satu alat yang dapat mendukung riset di laboratorium adalah pengaduk larutan zat kimia yaitu alat pengaduk maknetik. Alat tersebut berfungsi untuk menghomogenkan dua atau lebih larutan yang akan digunakan di laboratorium [4].
Penelitian terhadap pengembangan alat pengaduk maknetik sangat banyak sudah dilakukan  dalam  beberapa  dekade  ini.  Diantaranya  melakukan  pengembangan  alat pengaduk secara manual dimana, alat tersebut akan bekerja ketika swicth on ditekan dan akan berhenti ketika switch off ditekan. Model alat pengaduk manual ini banyak dijual dipasaran  karena  harganya  terjangkau.  Untuk  memudahkan  tenaga  laboratorium menggunakan  alat  pengaduk  magnetik  saat  ini  dikembangkan  dengan  menggunakan mikrokontroller  [5],  [6]).  Selain  menggunakan  mikrokontroler  ada  juga  yang memodifikasi dengan menggunakan infrared hal ini dimaksudkan agar dapat mematikan kuman pada larutan yang diaduk [7].
Pada  penelitian  ini  dilakukan  perancangan  terhadap  alat  pengaduk  magnetik dengan  menggunakan  teknik  PWM  sebagai  pengatur  kecepatan  motor  DC  dimana digunakan pengaturan Duty Cycle mulai 25% untuk kecepatan rendah ( low ), 50% untuk kecepatan sedang (normal), dan 100% untuk Kecepatan Tinggi. Hal ini dapat mengatasi kelemahan  penelitian  yang  sebelumnya  yaitu  pada  saat start awal  dari  alat,  motor  DC mengalami kendala tidak dapat langsung bergerak/berputar. Sedangkan pada penelitian ini start awal tidak ada kendala (motor langsung berputar) dan putaran motor lebih stabil. Penelitian ini hanya berfokus terhadap alat pengaduknya dan tidak dilakukan penelitian terhadap  jenis  cairan/larutan  yang  digunakan,  untuk  ujicoba  hanya  menggunakan  air mineral.

## Studi Pustaka
Alat pengaduk magnetik adalah alat penunjang laboratorium yang memanfaatkan medan  magnet  berputar  dimana  batang  magnet  ditempatkan  kedalam  larutan  atau  zat kimia  yang  diaduk.  Hal  ini  dimaksud  agar  dapat  menghomogenkan  (mencampurkan dengan  sempurna)  dua  atau  lebih  larutan  yang  diaduk.  Pengaduk  magnet  sering digunakan dalam bidang kimia dan biologi, dapat digunakan di dalam wadah atau sistem tertutup  rapat,  tanpa  perlu  segel  rotary  yang  rumit. Alat  ini  sering  digunakan  daripada pengaduk  bermotor  yang  digerakkan  oleh  gigi  karena  tidak  menimbulkan    kebisingan, lebih efisien, dan tidak memiliki bagian eksternal yang bergerak yang mudah rusak atau mengalami keausan. Batang pengaduk magnetik bekerja dengan baik dalam bejana kaca
yang  biasa  digunakan  untuk  reaksi  kimia,  karena  kaca  tidak  mempengaruhi  medan magnet.
Ukuran batang yang terbatas berarti pengaduk magnetik hanya dapat digunakan untuk percobaan yang relatif kecil. Stir bar juga mengalami kesulitan dalam menangani cairan yang kental/pekat atau suspense tebal. Untuk volume yang lebih besar atau cairan yang  lebih  kental,  beberapa  jenis  pengadukan  mekanis  biasanya  diperlukan  karena ukurannya  yang  kecil,  batang  pengaduk  lebih  mudah  dibersihkan  dan  disterilkan  dari pada alat pengaduk lainnya.
a. Komponen – Komponen Alat:
1. Arduino
Arduino merupakan rangkaian elektronik yang bersifat open source , serta memiliki perangkat keras dan lunak yang mudah digunakan. Arduino Uno memuat semua yang dibutuhkan untuk menunjang mikrokontroler, mudah menghubungkannya ke sebuah komputer dengan sebuah kabel USB atau mencatu daya dengan sebuah adaptor AC ke DC atau menggunakan baterai untuk memulainya.
2. IC LM 317
IC  LM  317  adalah  sebuah Integrator  Circuit (IC)  pengatur  tegangan  yang mempunyai  bagian  tegangan  positif  dan  dapat  dipilih  sesuai  yang  diinginkan.  IC tersebut memiliki  tiga  terminal  (Pin)  dan  mampu  untuk  mencatu daya lebih  dari 1,5  Amper pada tegangan keluaran dengan batasan 1,2 Volt - 37 Volt. IC ini hanya membutuhkan dua buah resistor   eksternal untuk menentukan tegangan output nya. Kemudian, peregulasian beban ataupun peregulasian cat u daya  pada IC ini u n j u k k e r j a n y a   lebih baik dari regulator tetap yang lain. Tidak hanya itu saja, IC LM 317 terdapat pengaman terhadap beban yang  b e r lebihan.

## 3. IC LM 358
IC  LM  358  adalah  penguat  op-amp  dengan  8  pin  yang  tersedia  dalam  paket  yang berbeda. Salah satu paket yang paling banyak digunakan adalah paket dip 8 pin. IC terdiri  dari  dua  amplifier  operasional  terpisah  dalam  satu  paket.  Kedua  amplifier operasional internal memiliki gain tinggi dan dapat dengan mudah diturunkan dari catu daya tunggal atau ganda. Salah satu fitur utama IC ini adalah konsumsi arusnya yang rendah yang membuatnya ideal untuk digunakan dengan proyek atau perangkat yang dioperasikan dengan baterai. Ini dapat dioperasikan dengan berbagai pasokan yaitu  dari  3V  hingga  32V  DC  karena  dapat  dengan  mudah  digunakan  dengan perangkat logika tegangan rendah dan mikrokontroler.
4. PWM
Pulse  Width  Modulation (PWM)  adalah  teknik  modulasi  dengan  mengatur  lebag pulsa.  PWM  dapat  diasumsikan  sebagai  ADC  ( Analog  to  digital  Converter )  yang mengkonversi sinyal analog ke sinyal digital. Pada board arduino uno ada beberapa pin yang dapat membangkitkan sinyal PWM yaitu pada pin 3,5,6,8,10 dan 11. Pada duty cycle 0% tidak ada tegangan yang diberikan terhadap motor DC, pada duty cycle 25% tegangan yang diberikan adalah 1,25 volt DC sedangkan pada duty cycle 60% tegangan yang diberikan adalah 3 Volt serta pada duty cycle 100% tegangan yang
dicatu oleh motor DC adalah 5 Volt DC. Ilustrasi dari duty cycle pada Teknik PWM dapat dilihat pada Gambar 1.
Untuk menghitung tegangan yang disupply ke motor DC dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut ini:
Duty Cycle = ( T on / ( T on + T off ))..................(1) V out = Duty Cycle x V in ….......................(2)
Keterangan:
V out adalah tegangan keluaran (volt)
T on adalah waktu hidup (detik)
T off adalah waktu Mati (detik)
Gambar 1. Duty Cycle dari PWM Metode
Metode  yang  digunakan  pada  penelitian  ini  adalah  merancang  alat  dengan software proteus, memodifikasi dan meng assembly alat. Dimana prinsip  kerja dari alat tersebut dapat dilihat pada gambar 2 di bawah ini.
Dari gambar 2 dapat dilihat bagian-bagian alat adalah sebagai berikut:
1. Blok rangkaian catu daya ( Power Supply )
Blok ini berfungsi untuk memberikan (mencatu) tegangan ke seluruh rangkaian.
2. Blok rangkaian tombol (Push Botton)
Blok  ini  berfungsi  sebagai  tombol  pengaturan  waktu  dan  kecepatan  motor  DC yang dipilih mulai dari 1 menit sampai dengan 15 Menit.
3. Blok rangkaian Arduino
Blok  ini  berfungsi  sebagai  pengontrol  dan  pemberi  perintah  agar  alat  dapat bekerja sesuai dengan settingan waktu dan kecepatan.
4. Blok rangkaian display
Blok ini berfungsi sebagai pemberi informasi terhadap waktu dan kecepatan yang telah diatur.
5. Blok Rangkaian Driver
Blok ini berfunsi untuk memerintahkan motor DC agar bekerja dan tidak bekerja.
6. Blok rangkaian Buzzer
Blok ini berfungsi untuk memberikan sinyal bahwa alat sudah berakhir bekerja.

## a. Cara Kerja Blok Diagram Keseluruhan
Rangkaian power  supply memberikan supply tegangan  +5  Volt  dan  +12  Volt terhadap  alat  pengaduk  magnetik.  Kemudian  saat  tombol ON ditekan  maka  alat  akan memberikan pilihan waktu mulai dari 1 menit sampai dengan 15 menit pada layar display . Lalu diatur berapa kecepatan dan berapa lama waktu yang diinginkan. Untuk mengatur berapa lama waktu yang diinginkan, yaitu dengan menekan push button UP atau DOWN , jika ingin menentukan berapa kecepatan yang diinginkan yaitu dengan mengatur tombol normal, low atau High .  Kemudian  tekan  tombol START maka  rangkaian  kontrol  dan kecepatan motor akan bekerja, dan alat pengaduk magnetik bekerja.  Apabila buzzer telah berbunyi  maka  menandakan  motor  DC  sudah  selesai  bekerja.  Pada  gambar  3.  Dapat dilihat diagram alir alat pengaduk megnetik bekerja.
Gambar 3. Diagram Alir Alat Pengaduk Magnetik
Dari gambar 3 dapat dilihat bahwa alat pengaduk magnetik akan menginisialisasi parameter  berupa  tegangan  dalam  bentuk  lebar  pulsa  kemudian  akan  membaca  waktu yang dipilih, selanjutnya akan membaca kecepatan yang dipilih yaitu dengan pilihan low, normal , dan High . Kemudian motor akan dijalankan sesuai dengan waktu dan kecepatan yang dipilih/diatur. Ketika waktu yang dipilih tersebut telah tercapai maka switch akan off dan buzzer akan berbunyi serta motor akan berhenti berputar.
Untuk wiring diagram alat pengaduk magnetik secara keseluruhan dapat dilihat pada  gambar  4.  Dari  gambar  tersebut  dapat  dilihat  desain  rangkaian  alat  secara keseluruhan dimana pada rangkaian tersebut terdapat catu daya dengan input 220 V AC yang bersumber dari PLN di ubah menjadi 12 Volt AC oleh trafo Step Down kemudian masuk rangkaian dioda bridge menjadi 12 Volt DC, selanjutnya masuk ke kapasitor elco dan mengalami proses filter kemudian masuk ke IC Regulator 7812 dan 7805 sehingga memberikan tegangan output 12 Volt dan 5 Volt DC. Pada rangkaian minimum sistem mikrokontroler  ATmega  328p  sebagai  rangkaian  yang  mengontrol  kerja  alat menggunakan  catu  daya  sebesar  5  Volt.  Sedangkan  rangkaian  LM  358  dan  LM  317 mencatu  tegangan  sebesar  12  Volt.  Selanjutnya  terdapat  rangkaian  tombol  sebagai pemberi input ke rangkaian mikrokontroler dengan input kecepatan putar motor DC pada pilihan low, normal, dan High. Ada tombol set sebagai pengatur waktu dan RUN untuk perintah menjalankan alat. Selanjutnya ada rangkaian pengontrol  yang berfungsi untuk dapat mengatur kecepatan sesuai dengan kebutuhan. Pada saat pengadukan selesai alarm
akan berbunyi. Untuk perancangan catu daya ke motor DC menggunakan Teknik PWM ( Pulse Width Modulation ) sebagai contoh untuk mencatu tegangan ke motor DC dengan duty cycle 60% adalah sebagai berikut:
Perancangan PWM dengan siklus kerja (duty cycle) 60% dengan frekuensi 50Hz dan Tegangan Input (Vin) 5 Volt adalah
Siklus Kerja ( Duty Cycle ) = 60% Frekuensi = 50Hz V in = 5 Volt Menentukan Periode Waktu : Periode waktu = 1 / 50Hz Periode waktu = 0,02 s atau 20 ms
Menentukan Waktu ON  dengan siklus kerja 60% = 0,6 Duty Cycle = T ON / ( T ON + T OFF ) 0,6 = T ON / ( T ON + T OFF ) 0,6 = T ON / 20 ms
T ON = 0,6 x 20 ms T ON
= 12 ms
Menentukan Waktu OFF T OFF = T total – T ON T OFF = 20 ms – 12 ms T OFF = 8 ms
Menentukan Tegangan Output ( V out ) V out = Duty Cycle x V in V out = 60% x 5 Volt V out = 3 Volt
Oleh  karena  itu  saat  motor  berputar  pada  kecepatan High maka  tegangan  yang di supply ke motor DC adalah sebesar 5 Volt dengan duty cycle 100%, saat motor berputar pada  kecepatan  Normal  tegangan  yang  diberikan  ke  motor  DC  yaitu  sebesar  3  Volt dengan duty  cycle 60%,  dan  saat  motor  berputar  pada  kecepatan Low tegangan  yang dicatu ke motor DC adalah sebesar 1.25 Volt dengan duty cycle 25%.

## Gambar 4. Desain Rangkaian Alat Pengaduk Magnetik
Hasil dan Pembahasan

## a. Pengujian blok catu daya (TP1)
Data hasil pengujian diperoleh dari pengukuran pada titik pengukuran (TP) yang telah ditetapkan. Adapun data pengukuran seperti pada table berikut:
Tabel 1. Data Catu Daya ( Power Supply) No  Titik Pengukuran IC 7812 Titik Pengukuran IC 7805 1 12 Volt 5 Volt
Dari hasil pengukuran terhadap catu daya diperoleh nilai seperti yang diharapkan dimana hasilnya adalah 5 volt dan 12 volt.

## b. Data hasil pengukuran kecepatan motor DC
Hasil pengukuran kecepatan motor DC dilakukan dengan menggunakan alat ukur kecepatan tacho meter dapat dilihat pada Tabel 2 adalah sebagai berikut :
Tabel 2. Pengukuran Kecepatan Motor DC No Level Kecepatan Motor DC Pengukuran Kecepatan motor dengan Tacho Meter (Rpm) 1 Low 2673 2 Normal 3294 3 High 4438
Dari  hasil  pengukuran  terhadap  rangkaian  motor  listrik  dengan tacho meter diperoleh data adalah pada kecepatan rendah ( low) senilai 2673 rpm, kecepatan sedang (normal) yaitu 3294 rpm dan kecepatan tinggi ( high ) adalah 4438 rpm.

## c. Pengukuran Timer
Hasil pengukuran timer adalah sebagai berikut:
Tabel 3. Pengukuran Timer Pengukuran Setting Timer 10 Menit Setting Timer 15 Menit Pengukuran 1 10:02,73 14:58,06 Pengukuran 2 10:02,01 15:00,06 Pengukuran 3 10:02,00 14:59,00 Pengukuran 4 10:02,01 15:15,06 Pengukuran 5 10:02,01 15:25,06 Pengukuran 6 10:02,00 15:65,03 Pengukuran 7 10:02,00 15:65,06 Pengukuran 8 10:02,00 15:18,06 Pengukuran 9 10:02,00 14:78,06 Pengukuran 10 10:02,00 14:38,06 Rata-Rata Pengukuran 10:02,07 15:02,15
Pada  10  kali  pengukuran  terhadap timer dengan  durasi  waktu  10  menit  dan  15 menit diperoleh galat rata-rata pengukuran sebesar 0,2 %. Galat tersebut terjadi karena adanya sensitivitas dari komponen resistor variabel sehingga ada ketidaksesuaian antara setting  timer dengan  waktu  kerja  motor  yang  sebenarnya.  Sedangkan  pada  Gambar  5 dapat  dilihat  hasil  rancangan  alat.  Secara  keseluruhan  alat  yang  telah  dirancang  dapat bekerja dengan baik sesuai dengan yang diharapkan.

## Gambar 5. Alat Pengaduk Magnetik Hasil Perancangan

## Kesimpulan
Pada perancangan alat pengaduk magnetik berbasis arduino uno Atmega 328P ini terdapat rangkaian catu  daya dengan tegangan output 5 dan 12 volt,  kecepatan putaran motor DC ada tiga level kecepatan yaitu low dengan kecepatan putaran motor DC nya adalah  2673  rpm,  normal  adalah  3294  rpm  dan  High  adalah  4438  rpm.  Galat  hanya
terdapat  pada settingan  timer sebesar 0,2 %, sehingga keakurasian alat adalah 99,8 %. Galat tersebut terjadi karena adanya sensitivitas dari komponen resistor variabel sehingga ada ketidaksesuaian antara setting timer dengan waktu kerja motor yang sebenarnya.

## Referensi
[1] Y. W. Tang, J. E. Schmitz, D. H. Persing, and C. W. Stratton, “Laboratory diagnosis of COVID-19: Current issues and challenges,” Journal of Clinical
Microbiology , vol. 58, no. 6. 2020. doi: 10.1128/JCM.00512-20.
[2] A. Mohanty, A. Kabi, A. P. Mohanty, N. Kumar, and S. Kumar, “Laboratory Diagnosis of COVID-19 Infection: Current Issues and Challenges: An Indian Perspective,” J. Adv. Med. Med. Res. , 2020, doi: 10.9734/jammr/2020/v32i1430559.
[3] A. Afzal, “Molecular diagnostic technologies for COVID-19: Limitations and challenges,” Journal of Advanced Research , vol. 26. 2020. doi: 10.1016/j.jare.2020.08.002.
[4] O. Stax, “The Dissolution Process,” PressBook.
[5] A. Subratti, L. J. Lalgee, and N. K. Jalsa, “Robust, Efficient, and Economical Magnetic Stirrer: A Device Based on Pulsed Width Modulation, Built Using Mainly Recycled Parts,” J. Chem. Educ. , vol. 97, no. 1, 2020, doi: 10.1021/acs.jchemed.9b00395.
[6] H. Yashashri, J. Akshay S, K. Sagar, and C. Prmod, “Application of Magnetic Stirrer for Influencing Extraction Method on Tectona grandis as Analgesic Activity,” Int. J. Pharm. Clin. Res. , vol. 9, no. 9, 2017.
[7] A. N. Pradana, T. Hamzah, and D. Titisari, “Stirrer Magnetic Hot Plate dilengkapi Sensor Infrared,” Politek. Kesehat. Kementeri. Kesehat. Surabaya , no. 2013, 2016.