RANCANG BANGUN TEMPAT SAMPAH OTOMATIS BERBASIS INFRARED

 

RANCANG BANGUN TEMPAT SAMPAH OTOMATIS BERBASIS INFRARED

Jurusan Teknik Elektro, Prodi Teknologi Rekayasa Elektronika, Politeknik Negeri Semarang 2024
Jl. Prof. Soedarto, Tembalang, Kec. Tembalang, Kota Semarang, Jawa Tengah, 50275

Anggota Kelompok :

1. Devid Rahmat C. 2. Ferdyan Danuarta. 3.Rain Shidqi M. 4. Raka Aditya P

Abstrak

Rancang bangun sistem pintu otomatis berbasis sensor infrared ini dirancang untuk meningkatkan kenyamanan dan efisiensi dalam pengoperasian pintu otomatis tanpa kontak langsung. Alat ini menggunakan mikrokontroler Arduino Nano yang diatur untuk mengendalikan sistem pintu secara otomatis berdasarkan deteksi gerakan atau kehadiran objek. Sistem ini terbagi menjadi dua bagian utama: hardware dan software. Hardware mencakup sensor infrared yang digunakan untuk mendeteksi keberadaan objek atau gerakan, mikrokontroler Arduino Nano sebagai pengendali utama, dan motor DC dengan gearbox yang digunakan untuk membuka dan menutup pintu secara otomatis. Software alat ini dikembangkan menggunakan bahasa pemrograman Assembly, yang dioptimalkan untuk pengendalian mikrokontroler. Hasil pengujian menunjukkan bahwa sensor infrared dapat mendeteksi objek dengan akurasi tinggi dalam jarak tertentu. Ketika objek terdeteksi dalam jarak yang telah ditentukan, mikrokontroler mengaktifkan motor DC dengan gearbox untuk membuka dan menutup pintu secara otomatis. Sistem ini terbukti efektif dalam memberikan kenyamanan dan efisiensi operasional dengan mempermudah pengoperasian pintu otomatis tanpa perlu menyentuhnya.

 

I.  PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG

Latar Belakang

Kebersihan dan kenyamanan lingkungan adalah faktor yang sangat penting dalam meningkatkan kualitas hidup manusia, terutama di area publik dengan tingkat lalu lintas tinggi. Salah satu fasilitas yang sering digunakan adalah pintu, yang berfungsi untuk memberikan akses ke ruang tertentu. Namun, pintu yang harus dibuka secara manual sering kali dianggap tidak praktis dan kurang higienis. Hal ini terutama terlihat di tempat-tempat umum, di mana banyak orang yang menyentuh gagang pintu yang sama, sehingga meningkatkan risiko penyebaran kuman dan virus. Selain itu, ketidaknyamanan dalam membuka pintu dengan tangan dapat menyebabkan pintu tidak segera tertutup, yang dapat memengaruhi efisiensi operasional dan kebersihan lingkungan.

Untuk mengatasi masalah ini, diperlukan sebuah inovasi yang dapat mempermudah pengoperasian pintu dan mengurangi kontak fisik, yaitu dengan menggunakan sistem pintu otomatis. Sistem pintu otomatis memungkinkan pintu untuk terbuka dan tertutup tanpa perlu disentuh, sehingga lebih higienis dan praktis. Teknologi sensor infrared sangat tepat digunakan untuk mendeteksi gerakan atau kehadiran objek yang mendekat, yang kemudian mengaktifkan mekanisme pembuka pintu secara otomatis.

Dalam sistem ini, mikrokontroler ATmega328P berfungsi sebagai pengendali utama untuk memproses sinyal yang diterima dari sensor infrared. Mikrokontroler kemudian mengaktifkan mekanisme penggerak pintu yang digerakkan oleh motor DC dengan gearbox. Penggunaan motor DC dengan gearbox memungkinkan sistem pintu otomatis ini bergerak lebih efisien, karena motor dengan gearbox dapat menghasilkan torsi yang lebih besar untuk membuka dan menutup pintu dengan presisi dan kontrol kecepatan yang lebih baik dibandingkan dengan sistem servo.

Dengan penerapan sistem pintu otomatis berbasis sensor infrared dan motor DC ini, diharapkan dapat meningkatkan kenyamanan, efisiensi, serta kebersihan, terutama di area dengan frekuensi lalu lintas tinggi. Selain itu, sistem ini dapat mengurangi penyebaran kuman dan virus karena mengurangi kontak fisik antara pengguna dan pintu.

 

B. RUMUSAN MASALAH

Dalam pengembangan alat tempat sampah otomatis berbasis sensor infrared dan mikrokontroler ATmega328P, beberapa rumusan masalah yang perlu diidentifikasi adalah sebagai berikut:

1.     Bagaimana cara merancang sistem tempat sampah otomatis yang efektif menggunakan sensor infrared dan mikrokontroler ATmega328P?
Penelitian ini bertujuan untuk memahami langkah-langkah teknis dalam merancang dan merakit alat sehingga dapat berfungsi dengan baik dalam mendeteksi objek atau pergerakan yang mendekat dan membuka tutup tempat sampah secara otomatis.

2.     Bagaimana cara mengolah data yang diperoleh dari sensor infrared untuk mengendalikan motor gearbox dalam membuka dan menutup tutup tempat sampah?
Pengolahan data dari sensor infrared menjadi sinyal untuk menggerakkan motor gearbox  adalah aspek kunci dalam proyek ini. Hal ini meliputi pemrograman mikrokontroler ATmega328P serta pemrograman yang efisien untuk mengendalikan mekanisme buka tutup secara otomatis.

3.     Apa keuntungan penggunaan sensor infrared dan mikrokontroler ATmega328P dalam menciptakan sistem tempat sampah otomatis yang lebih praktis dan higienis?
Penelitian ini juga akan membahas kelebihan penggunaan sensor infrared dalam meningkatkan kenyamanan pengguna dan efisiensi dalam proses pembuangan sampah, serta bagaimana mikrokontroler ATmega328P dapat mempermudah kontrol sistem secara keseluruhan.

C. BATASAN MASALAH

Dalam pengembangan sistem pintu otomatis berbasis sensor infrared dan mikrokontroler Arduino Nano, terdapat beberapa batasan masalah yang harus ditentukan untuk menjaga fokus dan efektivitas proyek. Batasan-batasan tersebut meliputi:

1. Jenis Sensor yang Digunakan: Alat ini hanya akan menggunakan sensor infrared untuk mendeteksi objek atau pergerakan yang mendekat, dan tidak akan mencakup penggunaan sensor lain seperti sensor ultrasonik atau PIR untuk mendeteksi manusia.
2. Jenis Mikrokontroler yang Digunakan: Penggunaan mikrokontroler yang dibatasi pada Arduino Nano sebagai pengendali utama.
3. Jenis Motor yang Digunakan: Sistem ini menggunakan motor DC dengan gearbox sebagai penggerak pintu, menggantikan penggunaan motor servo untuk menggerakkan pintu secara otomatis. Penggunaan motor DC dengan gearbox akan difokuskan pada pengoperasian pintu secara lebih efisien dan dengan mekanisme penggerak yang lebih kuat.
4. Lingkungan Pengujian: Pengujian alat akan dilakukan di lingkungan yang memiliki kondisi standar, seperti ruang tertutup dengan jarak deteksi yang terbatas pada 25 cm. Faktor eksternal seperti cahaya matahari langsung atau gangguan elektromagnetik dari peralatan lain tidak akan diperhitungkan dalam pengujian ini.
5. Output Data: Data yang dihasilkan dari alat ini hanya akan mengendalikan motor DC dengan gearbox untuk membuka dan menutup pintu secara otomatis berdasarkan input dari sensor infrared. Tidak akan dilakukan analisis lanjutan atau pengolahan data lebih lanjut terkait dengan efisiensi atau kinerja sistem lainnya.
6. Waktu Pengoperasian: Alat ini akan diuji dengan waktu pengoperasian yang relatif singkat untuk memastikan fungsionalitas dasar sistem dalam pengendalian otomatis, tanpa memperhitungkan penggunaan alat dalam jangka panjang atau pengaruh terhadap daya tahan komponen.

Dengan batasan-batasan ini, diharapkan proyek dapat berjalan dengan lebih terarah dan menghasilkan sistem pintu otomatis yang efektif dan praktis.

 

D. TUJUAN

Tujuan dari proyek pembuatan alat tempat sampah otomatis berbasis sensor infrared dan mikrokontroler ATmega328P adalah sebagai berikut:

1.     Mengembangkan sistem pintu otomatis yang dapat membuka dan menutup pintu secara otomatis menggunakan sensor infrared, sehingga memberikan kemudahan bagi pengguna dalam membuka pintu tanpa perlu menyentuhnya, menjadikannya lebih praktis dan higienis.

2.     Memberikan solusi inovatif untuk meningkatkan kenyamanan dan efisiensi, serta memperkenalkan teknologi modern dalam meningkatkan aksesibilitas dan mempermudah interaksi pengguna dengan pintu, terutama di lingkungan dengan frekuensi lalu lintas yang tinggi.

3.     Mengimplementasikan sistem yang dapat mendeteksi kedekatan objek atau pergerakan manusia menggunakan sensor infrared, dan menggerakkan motor DC dengan gearbox untuk membuka pintu secara otomatis berdasarkan deteksi tersebut, sehingga dapat beroperasi secara efisien dan menjaga kenyamanan lingkungan.

Dengan tujuan-tujuan ini, proyek diharapkan dapat memberikan solusi praktis dalam menciptakan sistem pintu otomatis yang efisien, higienis, dan meningkatkan kenyamanan pengguna di berbagai aplikasi pintu otomatis.

II. METODOLOGI

Metodologi

Metodologi yang digunakan dalam pembuatan sistem pintu otomatis berbasis sensor infrared dan mikrokontroler Arduino Nano dengan motor DC dan gearbox ini mengikuti beberapa tahapan yang sistematis, sebagai berikut:

1.     Tahap Perancangan Sistem

Pada tahap pertama, dilakukan perancangan sistem yang meliputi pemilihan sensor infrared untuk mendeteksi objek atau pergerakan yang mendekat ke pintu. Mikrokontroler Arduino Nano dipilih sebagai pengendali utama dalam sistem ini. Pemrograman mikrokontroler dilakukan menggunakan bahasa Assembly untuk memaksimalkan pengendalian perangkat keras secara langsung pada tingkat rendah. Proses ini juga mencakup perancangan mekanisme pintu yang akan digerakkan secara otomatis setelah deteksi sensor infrared, dengan menggunakan motor DC yang dilengkapi dengan gearbox untuk penggerakan pintu.

2.     Tahap Perancangan Komponen

Pada tahap kedua, dilakukan studi literatur dan pengumpulan referensi untuk menentukan komponen yang akan digunakan, seperti sensor infrared, motor DC dengan gearbox, dan mikrokontroler Arduino Nano. Pemilihan sensor infrared didasarkan pada kemampuannya mendeteksi objek dalam jarak yang telah ditentukan (sekitar 25 cm). Selain itu, motor DC dengan gearbox dipilih untuk memberikan torsi yang cukup untuk menggerakkan pintu. Pada tahap ini juga dilakukan perencanaan rangkaian elektronik yang melibatkan pengkabelan antara sensor infrared, motor DC dengan gearbox, dan mikrokontroler Arduino Nano.

3.     Tahap Perancangan Prototype

Setelah komponen-komponen dipilih, langkah berikutnya adalah merancang prototype sistem pintu otomatis. Prototype ini meliputi rangkaian sensor infrared, mikrokontroler Arduino Nano, dan motor DC dengan gearbox yang akan menggerakkan pintu. Pemrograman mikrokontroler dilakukan dengan menggunakan bahasa Assembly, yang memungkinkan pengendalian yang lebih efisien dan langsung terhadap perangkat keras. Program yang ditulis akan mengendalikan mikrokontroler untuk membaca sinyal dari sensor infrared dan menggerakkan motor DC dengan gearbox berdasarkan pergerakan objek yang terdeteksi di sekitar pintu.

4.     Kalibrasi Sensor dan Pengujian Sistem

Setelah perangkat keras dan perangkat lunak selesai dirancang, dilakukan kalibrasi pada sensor infrared untuk memastikan akurasi deteksi objek. Kalibrasi bertujuan agar sensor dapat mendeteksi pergerakan objek dalam jarak yang telah ditentukan dengan ketelitian yang tinggi. Setelah kalibrasi selesai, dilakukan pengujian sistem untuk memastikan bahwa mikrokontroler dapat mengontrol motor DC dengan gearbox untuk membuka dan menutup pintu sesuai dengan input dari sensor infrared.

5.     Integrasi Sistem dan Pengujian

Setelah kalibrasi dan pengujian sensor, langkah berikutnya adalah mengintegrasikan semua komponen elektronik menjadi satu kesatuan sistem. Mikrokontroler Arduino Nano diprogram untuk mengelola input dari sensor infrared dan menggerakkan motor DC dengan gearbox secara otomatis. Pada tahap ini, dilakukan pengujian komprehensif untuk memastikan bahwa seluruh sistem bekerja dengan baik, mulai dari deteksi objek oleh sensor hingga penggerakan motor DC dengan gearbox yang membuka dan menutup pintu sesuai perintah.

6.     Finalisasi dan Pengemasan

Setelah pengujian dan sistem terbukti berjalan dengan baik, tahap terakhir adalah merancang dan mengemas sistem pintu otomatis dalam bentuk yang lebih rapi dan fungsional. Desain fisik pintu disesuaikan dengan komponen yang ada untuk memastikan sistem memiliki tampilan yang menarik serta dapat digunakan dengan nyaman oleh pengguna. Pada tahap ini juga dilakukan pengecekan final untuk memastikan bahwa alat siap digunakan dalam kondisi yang optimal dan dapat dioperasikan dengan efisien.Dengan metodologi yang sistematis ini, diharapkan sistem pintu otomatis berbasis sensor infrared dan mikrokontroler Arduino Nano dengan motor DC dan gearbox dapat memberikan solusi yang efisien, praktis, dan meningkatkan kenyamanan pengguna dalam berbagai aplikasi pintu otomatis.

 

III. KAJIAN PUSTAKA

Pembahasan dalam bagian ini meliputi perancangan dan komponen apa saja yang digunakan dalam projek ini.

1.     IC ATmega328p

 

ATmega328 adalah jenis mikrokontroller tunggal produksi oleh Atmel dalam lingkup keluarga megaAVR. Atmega328p adalah jenis Integrated Circuit tipe ATmega328 dimana memiliki konsumsi daya rendah (Pico Power). ATmega328P berfungsi sebagai otak system yang mengolah sinyal dari sensor infrared. Mikrokontroler ini menerima input dari sensor, memprosesnya, lalu mengirimkan perintah ke servo motor untuk membuka atau menutup tutup tempat sampah. Selain itu, ia juga mengontrol LED untuk memberikan indikasi status sistem.

 

2.     Se2. sensor Infrared

Perangkat elektronik yang mendeteksi radiasi inframerah yang dipancarkan oleh objek atau gerakan di sekitar area deteksi. Sensor infrared digunakan untuk mendeteksi keberadaan atau gerakan pengguna yang mendekati tempat sampah. Ketika sensor mendeteksi gerakan, ia mengirimkan sinyal berupa tegangan listrik ke mikrokontroler untuk diproses lebih lanjut.

 

3. Arduino Nano

Arduino Nano adalah sebuah papan mikrokontroller yang dirancang oleh tim Arduino. Ini merupakan alternatif yang populer bagi Arduino Uno karena ukurannya yang lebih kecil dan fitur-fiturnya yang unggul. Arduino Nano dilengkapi dengan kemampuan komunikasi serial menggunakan FTDI FT232RL, yang memungkinkannya untuk berkomunikasi melalui USB. Protokol komunikasi yang didukung termasuk UART TTL, SPI, dan IIC/TWI. Arduino Nano sangat cocok digunakan dalam proyek-proyek elektronika, sistem embedded, robotika, otomatisasi rumah, sensor interface, dan aplikasi industri lainnya. Ukurannya yang compact dan fleksibilitasnya membuatnya populer di kalangan para desainer elektronik dan mahasiswa teknik. Arduino Nano menggunakan mikrokontroller ATmega328P dari famili AVR 8-bit. 5V, dengan input voltase yang dapat berkisar antara 7V hingga 12V. Total pin I/O sebanyak 22, dengan 14 digital pins dan 6 analog pins. Flash memory sebesar 32 KB dengan bootloader yang menggunakan 2 KB dari kapasitas tersebut, SRAM sebanyak 2 KB, dan EEPROM sebanyak 1 KB.

4. Limit Switch

 

Komponen mekanis berupa saklar yang dirancang untuk mendeteksi batasan posisi dari suatu perangkat mekanis. Limit switch berfungsi sebagai pengaman untuk memastikan bahwa tutup tempat sampah tidak bergerak melebihi batas yang telah ditentukan. Saklar ini mengirimkan sinyal ke mikrokontroler untuk menghentikan atau mengubah arah pergerakan servo motor jika diperlukan.

 

5. Gearbox

 

Gearbox motor DC digunakan untuk membuka dan menutup tutup tempat sampah. Mikrokontroler mengirimkan sinyal melalui driver motor untuk mengendalikan putaran motor. Gearbox pada motor memastikan gerakan tutup menjadi halus dan terkontrol, serta memberikan daya yang cukup untuk menggerakkan mekanisme tutup. Setelah tugas selesai, limit switch akan memutuskan pergerakan motor untuk menghindari kerusakan.

 

6. LED 12V

 

Lampu indikator 12V merupakan komponen elektronik yang memancarkan cahaya saat diberi tegangan listrik, biasanya digunakan untuk memberikan tanda visual dalam berbagai aplikasi. Lampu ini menyala sebagai indikator status sistem, misalnya menunjukkan bahwa perangkat sedang aktif atau mendeteksi gerakan. Mikrokontroler mengontrol nyala lampu sesuai dengan kondisi sistem, seperti saat tutup tempat sampah terbuka atau tertutup. 

7. Kabel jumper

Kabel pelangi adalah jenis kabel yang memiliki warna-warni dan sering digunakan dalam berbagai aplikasi elektronic, seperti proyek Arduino, perangkat keras, dan instalasi listrik. Kabel pelangi sering digunakan dalam proyek-proyek Arduino karena membantu identifikasi jalur kabel dengan mudah. Contohnya, kabel jumper pelangi dapat digunakan untuk menghubungkan komponen-komponen pada breadboard dengan cara yang visual dan intuitif. Selain itu, kabel pelangi juga digunakan sebagai kabel jumper dalam circuit-board maupun sebagai kabel tembaga untuk aplikasi tertentu. Misalnya, kabel jumper pelangi 15 cm dapat dibeli dalam jumlah besar dan digunakan untuk berbagai proyek elektronik.

8. Mini Driver L298N

Mini Driver L298N adalah modul yang digunakan untuk mengontrol motor DC dalam system tempat sampah otomatis berbasis Arduino. Modul ini menerima sinyal dari mikrokontroler untuk mengatur arah dan kecepatan putaran motor DC, sehingga tutup tempat sampah dapat terbuka dan tertutup secara otomatis. Dengan fitur PWM (Pulse Width Modulation), pergerakan motor dapat diatur agar berjalan halus dan sesuai kebutuhan.

 

9. Laptop dengan aplikasi Arduino IDE terinstal

Arduino IDE (Integrated Development Environment) adalah perangkat lunak yang digunakan untuk menulis, mengedit, dan mengupload kode (dikenal sebagai "sketches") ke papan Arduino. Arduino IDE memungkinkan pengguna untuk menulis kode dalam bahasa pemrograman C/C++ dan menguploadnya ke berbagai jenis papan Arduino. Kode yang ditulis disimpan dengan ekstensi ‘.ino’. Terdapat dua versi utama dari Arduino IDE: IDE 1.x dan IDE 2.x. Versi 2.x menawarkan antarmuka yang lebih modern, fitur autocompletion, dan debugger bawaan, serta perbaikan dalam kinerja dibandingkan dengan versi sebelumnya. Arduino IDE adalah alat yang sangat berguna bagi pemula maupun profesional dalam pengembangan proyek berbasis Arduino. Dengan antarmuka yang sederhana dan banyaknya sumber daya serta komunitas yang mendukung, Arduino IDE memudahkan pengguna untuk belajar pemrograman dan elektronika. Setelah menulis kode, pengguna dapat menghubungkan papan Arduino melalui USB dan mengupload sketch dengan menekan tombol upload. Proses ini akan mengkompilasi kode dan mengirimkannya ke papan. Arduino IDE memungkinkan pengguna untuk mengimpor library eksternal yang memperluas fungsionalitas proyek mereka, seperti komunikasi dengan sensor atau modul lain.

 

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

A.Gambar Alat

 

B.Cara kerja

1.     Kondisi Normal (Tutup Tertutup)

• Saat tempat sampah dalam keadaan tertutup dan tidak ada objek yang terdeteksi oleh sensor infrared, sistem berada dalam mode siaga.
• Lampu indikator menyala merah, menandakan bahwa tempat sampah dalam kondisi normal dan siap digunakan.

2.     Deteksi Objek oleh Sensor Infrared

• Ketika sensor infrared mendeteksi objek (misalnya, tangan pengguna) dalam jarak tertentu (misalnya, 25 cm), sensor mengirimkan sinyal berupa tegangan listrik ke mikrokontroler.
• Mikrokontroler memproses sinyal ini sebagai perintah untuk membuka tutup tempat sampah.

3.     Aktivasi Motor Gearbox

• Setelah menerima perintah dari mikrokontroler, motor DC dengan gearbox diaktifkan untuk membuka tutup tempat sampah secara otomatis.
• Limit switch memastikan bahwa gerakan tutup tidak melebihi batas yang telah ditentukan.

4.     Kondisi Saat Tutup Terbuka

• Ketika tutup tempat sampah terbuka, lampu indikator berubah menjadi warna biru. Hal ini menunjukkan bahwa tempat sampah sedang dalam kondisi aktif dan siap menerima sampah.

5.     Penutupan Tutup Tempat Sampah

• Setelah objek tidak terdeteksi oleh sensor infrared dalam waktu tertentu (misalnya, 5 detik setelah deteksi terakhir), mikrokontroler mengirimkan perintah ke motor untuk menutup kembali tutup tempat sampah.
• Limit switch menghentikan motor ketika tutup kembali ke posisi tertutup sepenuhnya.

6.     Kembali ke Kondisi Normal

• Setelah tutup tertutup kembali, lampu indikator berubah menjadi merah, menunjukkan bahwa tempat sampah kembali ke kondisi normal dan siap untuk digunakan kembali.

C. Hasil

 

D. Flowchart

 

 

E. Diagram Blok

 

F. Program

 

 

G. Skematik

 

 

 

 

 

 

 

V. KESIMPULAN

Proyek rancang bangun tempat sampah otomatis berbasis infrared telah berhasil dirancang dan diimplementasikan dengan baik. Sistem ini mampu mendeteksi keberadaan objek menggunakan sensor infrared, sehingga tutup tempat sampah dapat terbuka dan tertutup secara otomatis tanpa memerlukan kontak langsung. Hal ini memberikan kenyamanan bagi pengguna sekaligus menjaga kebersihan, terutama di area dengan intensitas penggunaan yang tinggi. Mekanisme buka tutup menggunakan motor DC dengan gearbox memastikan gerakan yang halus, terkontrol, dan efisien. Limit switch yang terpasang juga berfungsi sebagai pengaman untuk mencegah pergerakan tutup melebihi batas yang telah ditentukan. Selain itu, sistem ini dilengkapi dengan lampu indikator yang memberikan informasi visual mengenai status alat, yaitu lampu merah untuk kondisi normal (tutup tertutup) dan lampu biru saat tutup terbuka. Secara keseluruhan, alat ini berhasil memberikan solusi praktis, higienis, dan efisien untuk pengelolaan sampah di berbagai lingkungan.

 

VI. REFERENSI

https://is.its.ac.id/pubs/oajis/index.php/home/detail/%201289/RANCANG-BANGUNALAT-PEMBUKA-DAN-PENUTUP-TEMPAT-SAMPAH-OTOMATIS-BERBASIS MIKROKONTROLER

https://repository.ar-raniry.ac.id/id/eprint/38671/

https://www.jurnal.politeknik-kebumen.ac.id/jasatec/article/view/1426