e-ISSN : 2715-5064

## SISTEM KONTROL PEMANAS AIR MENGGUNAKAN SENSOR ULTRASONIK DAN ARDUINO UNO
Shafira Afra 1 ,Nur Wahyudin 2 ,Reza Vahlevi 3 ,Hendry Prayoga 4 ,Novian 5
Jurusan Teknik Elektronika, Politeknik Negeri, Balikpapan
1 Jln. Soekarno Hatta KM.8,Batu Ampar, Kota Balikpapan, 76129, Indonesia email: 1 shafiraafra9@gmail.com 2 muhammadrezavahlefi79@gmail.com 3 nrwhydn18@gmail.com muhammadrezavahlefi79@gmail.com , 4 hendryganteng66@gmail.com 5 noviandwiprasetyo11@gmail.com
Abstract - A water heater control system is a device used to control water temperature by utilizing a heating element to heat water. By using a water heater control system, the heating element will activate when the water temperature is below the desired temperature and the heating element will automatically turn off when the temperature is above the desired temperature. To measure temperature in water, using a temperature sensor that is thermally sensitive resistor or commonly called thermocouple. The thermocouple resistance value will change with temperature changes. By using the principle of voltage divider, the voltage value will be input to Arduino and processed into temperature. To realize the water heating control system, a thermistor is needed as a temperature sensor, Arduino as an input processor, heating element as an actuator, and an LCD to display the temperature of the water. In addition, it is needed. [5]
Relay that functions as an electrical switch, in controlling the water conditions contained in a box that is equipped with an ultrasonic sensor as a prediction of the distance of the water that has been programmed. So that water can flow automatically with a distance controller that has been determined, if the distance of the water with ultrasonic. To be able to see it requires a valve / or drain plug that can move to the right or left. To drive the valve using a DC motor as a drive, with a type of DC servo motor. Because the DC motor uses direct current that requires a voltage of 4-6 Volt DC, because DC servo motors only move the valve which is small in shape. DC servo motor is a motor that is able to work both ways (CW and CCW) with deflection of each angle reaching 90 ° so that the total deflection angle from right - center - left is 180 °. The magnetic field of a DC servo motor is generated by a permanent magnet of a servo motor, so there is no need for power to create a magnetic field
Servo motor will work well if the control pin is given with a frequency of 50Hz. Where when the signal with a frequency of 50Hz is achieved at 1.5ms Ton duty cycle conditions, the rotor of the motor will stop right in the middle (0 ° / neutral angle). When the Ton duty cycle of a given signal is less than 1.5ms, the rotor will rotate to the left by forming an angle that is linear in magnitude of the Ton duty cycle, and will survive in that position.[6]
Keywords - Arduino UNO, LCD, Thermocouple, Water Temperature, Rela, Motor Servo.
Abstrak  -- Sistem  kendali  pemanas  air  adalah  alat  yang digunakan untuk mengendalikan suhu air dengan memanfaatkan  element  pemanas    untuk  memanaskan  air. Dengan  menggunakan  sistem  kendali  pemanas  air,element pemanas akan aktif  bila suhu air berada di bawah suhu yang
diinginkan  dan  element  pemanas  akan  mati  secara  otomatis bila  suhu  berada  di  atas  suhu  yang  diinginkan.  Untuk mengukur  suhu  pada  air,  dengan  menggunakan  sensor  suhu yaitu thermally sensitive resistor atau biasa disebut dengan thermocouple.  Nilai  resistansi  thermocouple  akan  berubah seiring dengan perubahan suhu. Dengan menggunakan prinsip pembagi  tegangan,  nilai  tegangan  akan  menjadi  input  pada arduino dan diolah menjadi suhu. Untuk merealisasikan sistem kendali  pemanas  air,  dibutuhkan  thermistor  sebagai  sensor suhu, arduino sebagai pemroses input, heating element sebagai actuator, dan  LCD  untuk  menampilkan  suhu  pada  air.  Selain itu, dibutuhkan .[5]
Relay  yang  berfungsi  sebagai  saklar  eletris,  Dalam mengontrol kondisi air yang terdapat pada sebuah box yang di lengkapi dengan sensor ultrasonic yang sebagai prediksi jarak air  yang  telah  di  program.  Agar  air  dapat  mengalir  secara otomatis  dengan  pengontrol  jarak  yang  telah  di  tentukan,jika jarak  air  dengan  ultrasonic.  Untuk  dapat  melihatnya dibutuhkan  valve/atau  penutup  saluran  yang  bisa  bergerak kekanan  atau  kekiri.  Untuk  menggerakkan  valve  tersebut menggunakan motor DC sebagai penggerak, dengan jenis DC motor servo. Karena pada motor DC menggunakan arus searah yang  membutuhkan  tegangan  4-6  Volt  DC,  sebab  DC  motor servo  hanya  menggerakkan  valve  yang  bentuknya  kecil.  DC motor servo adalah motor yang mampu bekerja dua arah (CW dan CCW) dengan defleksi masing-masing sudut mencapai 90° sehingga total defleksi sudut dari kanan – tengah –kiri adalah 180°. Medan magnit pada motor DC servo dibangkitkan oleh magnit permanent Motor servo, jadi tidak perlu tenaga untuk membuat medan magnet.
Motor  Servo  akan  bekerja  secara  baik  jika  pada bagian  pin  kontrolnya  diberikan  dengan  frekuensi  50Hz. Dimana  pada  saat  sinyal  dengan  frekuensi  50Hz  tersebut dicapai  pada  kondisi  Ton  duty  cycle  1.5ms,  maka  rotor  dari motor akan berhenti tepat di tengah-tengah (sudut 0° / netral). Pada saat Ton duty cycle dari sinyal yang diberikan kurang dari 1.5ms,  maka  rotor  akan  berputar  ke  arah  kiri  dengan membentuk sudut yang besarnya linier terhadap besarnya Ton duty cycle, dan akan bertahan diposisi tersebut. [6]
Kata Kunci – Arduino UNO, LCD, Thermocouple, Suhu Air, Relay, Motor Servo

## I. PENDAHULUAN
Air  adalah  kebutuhan  sehari  hari  kita  yang  kita gunakan untuk berbagai macam kegiatan yang menggunakan air.  Air  juga  tidak  hanya  untuk  mandi  pada  umumya,  tetapi digunakan  juga  sebagai  kebutuhan  untuk  memenuhi  cairan dalam tubuh. Air yang diperlukan tubuh manusia juga berbeda, terkadang  tubuh  membutuhkan  air  yang  hangat,  sedang  dan dingin tergantung cuaca dan keinginan kita.
Ketika kita ingin membuat suatu air yang hangat dan menyeseuaikan  seberapa  suhu  yang  diinginkan  untuk  air tersebut  maka  suhu  akan  terus  bertambah  hingga  mendidih, sehingga  suhu  yang  kita  inginkan  tidak  mencapai  sesuai
e-ISSN : 2715-5064
seberapa  suhu  tersebut  diinginkan.  Maka  alat  ini  akan menyesuaikan seberapa suhu yang kita inginkan tdak lebih dan tidak kurang.
Air  juga  membutuhkan  sebuah  wadah  untuk menampung  cairannya.  Dimana  air  akan  mengikuti  bentuk wadah  dari  tempat  yang  tinggi  ke  tempat  yang  lebih  rendah. Air akan mengalir ke wadah yang lain ketika ada celah pada wadah yang telah tersambung pipa kecil sebagai jembatannya yang di control manual (kran).
Arduino Uno sebagai mikrokontroller banyak dipakai sebagai  sebagai  sistem  kontrol  maupun  sistem  monitoring sebagai informasi.

## II. PENELITIAN YANG TERKAIT
Penelitian  yang  terkait  dalam  praktikum  ini  adalah penggunaan  motor  servo  sebagai  penggerak  CCTV  untuk memonitoring kondisi pasien di ruang ICU.
Motor  servo  adalah  sebuah  aktuator  putar  (motor) yang  bersifat  closed  feedback  (umpan  balik  tertutup).  Motor servo  terdiri  dari  beberapa  komponen  seperti  motor, potensiometer,  rangkaian  kontrol  dan  serangkaian  gear. Potensiometer  berfungsi  sebagai  penentu  batas  sudut  dari berputarnya  motor  servo.  Sedangkan  untuk  sudut  dari  motor servo  diatur  berdasarkan  dari  lebar  pulsa  yang    dikirim memelalui  kabel  sinyal  dari  motor  servo.  Internal  Gear berfungsi  sebagai  pengendali  dari  pergerakan  dan  sudut angularnya motor servo. Misalnya dengan pulsa 1.5 mS pada periode  selebar  2  mS  maka  sudut  dari  sumbu  motor  akan berada  pada  posisi  tengah.  Semakin  lebar  pulsa  OFF  maka akan  semakin  besar  gerakan  sumbu  ke  arah  jarum  jam  dan semakin  kecil  pulsa  OFF  maka  akan  semakin  besar  gerakan sumbu ke arah yang berlawanan dengan jarum jam.
Motor  servo  adalah  motor  yang  berputar  lambat, dimana  biasanya  ditunjukkan  oleh  rate  putarannya  yang lambat,  namun  demikian  memiliki  torsi  yang  kuat  karena internal  gearnya.  Lebih  dalam  dapat  digambarkan  bahwa sebuah motor servo memiliki :
• 3 kabel ; power(+5VDC), ground(-), dan control(data)
• Sinyal control berfungsi mengendalikan gerakan servo
• Operasional dari servo motor dikendalikan oleh sebuah pulsa selebar ± 20 ms, dimana lebar pulsa antara 0.5 ms dan  2  ms  menyatakan  akhir  dari  range  sudut maksimum.
• Konstruksi  didalamnya  meliputi  internal  gear, potensiometer, dan feedback control.
Relay  merupakan  suatu  komponen  (rangkaian) elektronika  yang  bersifat  elektronis  dan  sederhana  serta tersusun.  PEMANFAATAN  MOTOR  SERVO  SEBAGAI PENGGERAK  CCTV.  Blok  Diagram  Sistem  Personal Computer  (PC)  Personal  Computer  (PC)  berfungsi  sebagai input  data  yang  dimasukkan  melalui  komputer  agar  bisa dieksekusi  oleh  IC  Max  232  menuju  ke  mikrokontroler  AT mega  16,  sehingga  bisa  menggerakkan  motor  servo  sesuai perintah masukan data dari PC. Kabel RS 232 Kabel serial RS- 232  yang  digunakan  sebagai  penghubung  periferal  dengan komputer  pribadi.  RS-232  adalah  standar  komunikasi  serial RS-232 merupakan hal yang penting dalam sistem embedded, karena  dengan  komunikasi  serial  kita  dapat  dengan  mudah menghubungkan  mikrokontroler  dengan  devais  lainnya.  Port serial pada mikrokontroler terdiri atas dua pin yaitu RXD dan TXD, RXD berfungsi untuk menerima data dari komputer/perangkat  lainnya, TXD  berfungsi untuk  mengirim data  ke  komputer/perangkat  lainnya.  Clear  to  Send  Pin  5 (DB25),  Pin  8  (DB9),  CTS  digunakan  untuk  mengeluarkan
jawaban  kepada  isyarat  RTS  bila  modem/piranti  lain  sedia untuk  menerima  data.  CTS  dikawal  oleh  modem/piranti  lain dan  dibaca  oleh  computer.  IC  Max  232  berfungsi  sebagai rangkaian converter yaitu untuk menyesuaikan antara standar tegangan  pada  RS  232  dan  standar  pada  pin-pin mikrokontroler.  [7]

## III. PENJELASAN ALAT-ALAT
A. Komponen- Komponen

## 1. ARDUINO Uno

## Gambar 3.1
Mikrokontroler  Arduino,  merupakan  komponen utama dalam system yang di bangun berfungsi sebagai pusat pengendali berbagai macam peripheral yang terhubung pada komponen,  yaitu  motor  servo,  LCD,  heater,  sensor  suhu (Thermocouple) dan sensor Ultrasonik.

## 2. THERMOCOUPLE

## Gambar 3.2
Thermocouple  ini  adalah  sensor  suhu  untuk mendeteksi suhu air yang telah di panaskan oleh heater dan dialiri melalui kran dengan suhu yang telah ditentukan oleh keinginan seseorang yang mendendalikan seberapa suhu yang diinginkan.

## 3. Relay

## Gambar 3.3
Relay  adalah  sebuah  komponen  elektronika  yang memiliki fungsi untuk menyambungkan dan memutuskan arus listrik di dalam sebuah rangkaian, jadi relay juga bisa disebut sebagai  saklar  otomatis.  Relay  menggunakan  prinsip
e-ISSN : 2715-5064
elektromagnetik apabila lilitan kawat pada inti besi teraliri arus listrik, maka relay akan terhubung dan pada saat arus listrik nya hilang atau dihentikan maka relay akan kembali seperti semula (tidak terhubung)

## 4. Motor servo

## Gambar 3.4
Motor  servo  adalah  sebuah  aktuator  putar  (motor) yang  bersifat  closed  feedback  (umpan  balik  tertutup).  Motor servo  terdiri  dari  beberapa  komponen  seperti  motor, potensiometer,  rangkaian  kontrol  dan  serangkaian  gear. Potensiometer  berfungsi  sebagai  penentu  batas  sudut  dari berputarnya  motor  servo.  Sedangkan  untuk  sudut  dari  motor servo  diatur  berdasarkan  dari  lebar  pulsa  yang    dikirim memelalui  kabel  sinyal  dari  motor  servo.  Internal  Gear berfungsi  sebagai  pengendali  dari  pergerakan  dan  sudut angularnya motor servo.

## 5. Sensor Ultrasonik

## Gambar 3.5
Sensor ultrasonik adalah sebuah sensor yang memiliki fungsi mengubah bunyi menjadi besaran listrik dan begitupun sebaliknya.  Cara  kerja  sensor  ini  mendeteksi  sebuah  objek yang  berada  didepannya  dengan  suara,  suara  tersebut dikirimkan oleh trasnmitter (Pemancar) dan apabila ada sebuah objek  didepannya  maka  suara  tadi  akan  dipantulkan  dan kembali diterima oleh receiver (Penerima).
6. Heater Gambar 3.6
Elemen Panas Listrik ( Electrical  Heating Element )  pada  water  heater  yaitu  sebuah  alat  elektrik  yang dapat memanaskan air dengan mudah dan dalam waktu yang
singkat. Sumber panas elemen itu didapatkan dari kawat yang mempunyai  tahan  listrik  tinggi  ( Resistance  Wire ),  itulah mengapa kawat ini tidak meleleh ataupun terbakar saat heater memanas.  Niklin  yaitu  bahan  yang  umum  digunakan  pada elemen, lalu di lapisi oleh bahan isolasi yang bisa melanjutkan panas, jadi aman untuk dipakai

## 7. LCD displat 16x2

## Gambar 3.7
LCD  (Liquid  Crystal  Display) adalah  suatu  jenis media  display  (tampilan)  yang  menggunakan  kristal  cair (liquid crystal) untuk menghasilkan gambar yang terlihat. Dan LCD juga dapat menampilkan sebuah karakter pada layar LCD dengan menambahkan beberapa rangkaian tambahan.

## B. Gambar Rangkaian dan Flowchart
Pada  penjelasakn  kali  ini  kami  akan  membahas tentang  keterangan  yang  terdapat  pada  komponen yang  kami rangkai,agar  lebih  mengetahui  bagaimana  tiap  komponen bekerja  semestinya.  Untuk  memperoleh  hasil  dalam implementasi ini di buat rangkaian seperti pada gambar :
Gambar. 1.1 rangkaian proteus motor servo
e-ISSN : 2715-5064
Gambar 2.1 flowchart sensor Thermocouple
Gambar 2.2 FlowchartSensor Ultrasonik
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
a. Rangkaian Alat
Dalam  pengendalian  suhu  air  ini,  didukung dengan  sebuah  simulator  system  pendeteksi  ketinggian  air yang  di  tamping  dengan  keluaran  melalui  pipa  kemudian  air akan  dipanaskan  dengan  heater  dengan  suhu  yang  telah ditentukan. Thermocouple akan mendeteksi suhu yang terdapat pada air tersebut dan ditampilkan melalui LCD Display.
Gambar 4.1 Rangkaian alat

## b. Hasil Pengukuran Waktu Suhu Panas
TABEL

## BATASAN SUHU YANG DICAPAI
SUHU WAKTU 40-50 0 5m : 32s 51-60 0 7m : 28s 61-70 0 8m : 49s 71-80 0 10m : 11s 81-90 0 11m : 34s 91-100 0 13m : 50s
e-ISSN : 2715-5064
Table 4.1 System kendali suhu air dan ketinggian air oleh sensor thermocouple  dan  ultrasonik  dalam  simulator  proses pemanasan  air  dengan  batas  yang  telah  di  tentukan  dapat membantu manusia dalam memanaskan air dengan suhu yang tidak  terlalu  panas  maka  air  yang  telah  di  panaskan  bisa langsung  digunakan,  karena  air  tidak  terlalu  mendidih (mencapai  suhu  maksimum  air)  yang  dapat  merusak  objek tersebut.  Pada alat ini dapat memanaskan air hingga 100 o C dngan  kurun  waktu  yang  cepat,sehingga  mempermudah dalam memenaskan air yang akan segera digunakan. Kendali ini dilakukan dengan pemanfaatkan tegangan yang dihasilkan dari sensor thermocouple akibat adanya perbedaan suhu yang terjadi antara titik hot junction. Penggunaan sensor ultrasonic digunakan juga untuk mendeteksi ketinngian air sehingga air tidak  overload  dan  akan  terbuang  sia-sia.  Berhubung  dalam penelitian  ini  hanya  berupa  simulator,  maka  suhu  maximal yang diukur hanya mencapai 100 o C.
c. Hasil Pengujian Keakurasian Jarak sensor
TABEL II HASIL PENGUKURAN JARAK NO JARAK (cm) TERUKUR SENSOR 1 2 2 2 4 4 3 6 6 4 8 8 5 10 10 6 12 12 7 14 14 8 16 15 9 18 17 10 20 19 Table 4.2
Dari table diatas yang merupakan perandingan antara jarak  sebenarnya dengan jarak yang teukur pada sensor yang menunjukkan  nilai  yang  tidak  jauh  berbeda  dan  masih mendekati dengan jarak sebenarnya.
d. Hasil Pergerakan Pada Motor Servo

## TABEL III HASIL PENGUKURAN MOTOR
NO JARAK KETINGGIAN AIR (CM) PUTARAN MOTOR SERVO 1 20 18 0 2 18 36 0 3 16 54 0 4 14 72 0 5 12 90 0 6 10 108 0 7 8 126 0 8 6 144 0 9 4 162 0 10 2 180 0 Table 4.3
Jadi  jika  jarak  ketinggian  air  semakin  mendekati sensor  maka  valve  yang  di  gerakkan  oleh  motor  servo  akan membuka sebesar 180 0 . Semakin jarak air mendekati sensor air
Hasil Dalam Pergerakan Semua Komponen

## TABEL IV HASIL KETIKA ALAT DI AKTIFKAN

## Table 4.4
Dari table ini merupakan ringkasan dari keseluruhan ketika  alat  diaktifkan  secara  bersaman.  Suhu  dapat diperkirakan  dengan  waktu  yang  telah  terlewati  seperti  pada table diatas, dan kita dapat mengetahui seberapa besar putaran motor servo akan membuka hingga menutup valve tersebut.

## V. KESIMPULAN
Pada praktikum ini kami dapat menyimpulkan bahwa:
1. Relay  akan  berfungsi  sebagaimana  mestinya  pada rangkaian NC dan NO
2. Tampilan  pada  LCD  akan  menampilkan  berapa  suhu air  yang  telah  di  proses  yang  telah  diatur  dalam Arduino
3. Thermocouple  yang  bekerja  untuk  mendeteksi    suhu yang terdapat pada air yang akan di teruskan ke relay untuk  memutuskan  jalur  karena  telah  mencapai  suhu yang diinginkan.
4. Sensor  ultrasonic  mendeteksi  jarak  air  yang  akan mengendalikan relay open atau close secara automatia.
5. Motor  servo,  bekerja  sesuai  dengan  jarak  yang  di deteksi oleh sensor ultrasonik

## UCAPAN TERIMA KASIH
Pada bab ini kami akan menyampaikan kepada dosen kami, dan para anggota kelompok kami serta sumber referensi- referensi  yang  kami  kutip  yang  telah  membantu  dalam menyelesaikan  projek  lat  ini.  Jika  ada  perkataan  yang  tidak tepat atau kurang kami mohon maaf sebesar-besarnya, dan jika ada  saran  kami  siap  untuk  menerima  saran  yang  di  berikan. Terimaksih

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Bashori,  Z.,  Sumardi,  &  Setiawan,  I.  (2013). Pengendalian Temperatur pada Plant Sederhana Electric Furnace Berbasis Sensor Thermocouple dengan Metode Kontrol PID. Jurnal Teknik Elektro, 2, 1–8.A. K.
[2] Huda, S. N. (2011). Rancang Bangun Sistem Pengendali Temperatur  Furnance  Dengan  Menggunakan  Sensor Termokopel Tipe-K Berbasis Mikrokontroler ATMEGA 16. Depok
[3] Udin S. Winataputra.. Srategi Belajar mengajar. (Jakarta: Universitas  Terbuka  Departemen  Pendidikan  Nasional 2003).
[4] H.  Santoso,  Panduan  Praktis  Arduino  Untuk  Pemula. www.elangsakti.com, 2016
NO SUHU TIME JARAK AIR PUTARAN MOTOR SERVO 1 40-50 0 5m:32s 2 162-180 0 2 51-60 0 7m:28s 6 144-162 0 3 61-70 0 8m:49s 10 108-126 0 4 71-80 0 10m: 11s 14 90-108 0 5 81-90 0 11m: 34s 16 54-72 0 6 91-100   13m: 50s 20 18-0 0
e-ISSN : 2715-5064
[5] Wendri,  N.,  Supardi,  I.  W.,  Suarbawa,  K.  N.,  &
Yuliantini,  N.  M.  (2012).  Alat  Pencatat  Temperatur Otomatis Menggunakan Termokopel Berbasis Mikrokontroler AT89S51. Buletin Fisika, 13(1), 29–33 [6] Datasheet,2013. Parallax: Ultrasonic distance sensor.volume 2 (9 pages).
[7] Ahmad Hilal, Saiful Manan. (2012 - 2013). Pemanfaatan motor  servo  sebagai  penggerak  cctv  untuk  alat monitoring dan kondisi pasien di ruang ICU, Jurnal Gema Teknologi, vol.17 no. 2.