Modul 4 Mikro

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuan

2. Tujuan

3. Alat dan Komponen

4. Landasan Teori

5. Flowchart dan Listing Program

6. Rangkayan Simulasi dan Prinsip Kerja

7. Vidio Simulasi

8. Download File  

Sistem Otomasi Laundry Self-Service guna Mengoptimalkan Proses Pencucian dan Penghematan Sumber Daya

1. Pendahuan[Kembali]

Perkembangan revolusi industri 4.0 telah mendorong otomatisasi di berbagai sektor, termasuk bisnis jasa laundry. Di negara maju seperti Amerika Serikat dan Jepang, laundry self-service berbasis teknologi IoT telah menjadi solusi efisien untuk menghemat waktu, air, dan energi. Sistem otomatis ini mampu mengurangi ketergantungan pada tenaga manusia sekaligus meminimalkan kesalahan operasional.

Di Indonesia, bisnis laundry konvensional masih mendominasi pasar, terutama di daerah perkotaan dengan populasi padat seperti Jakarta, Bandung, dan Surabaya. Namun, sistem manual yang mengandalkan operator manusia seringkali menyebabkan beberapa masalah:

• Pemborosan air akibat takaran yang tidak presisi
• Ketidakakuratan timbangan berdampak pada harga layanan
• Durasi pencucian tidak konsisten karena faktor human error

Berdasarkan data Asosiasi Pengusaha Laundry Indonesia (APLI), 30% air terbuang percuma di laundry konvensional akibat sistem pengisian manual. Di sisi lain, permintaan laundry self-service justru meningkat 20% per tahun seiring gaya hidup masyarakat urban yang mengutamakan kepraktisan.

Dalam rangka membuat projek Modul 4 Praktikum Mikrokontroler ini kami merancang sistem laundry otomatis berbasis STM32 dan Raspberry Pi Pico dengan fitur:

• Akurasi tinggi melalui sensor berat HX711 (±10 gram)
• Optimasi air menggunakan water flow sensor (3x berat pakaian)
• Kontrol otomatis solenoid valve dan motor via relay
• Antarmuka transparan melalui LCD I2C

Proyek ini tidak hanya menjadi media pembelajaran integrasi sensor-aktuator, tetapi juga solusi nyata untuk masalah efisiensi sumber daya di industri laundry lokal. Dengan biaya produksi di bawah Rp 2.000.000 juta, sistem ini dapat diimplementasikan di kos-kosan atau laundry kecil untuk mengurangi pemborosan air hingga 40%.

2. Tujuan[Kembali]

2.1  Menciptakan sistem laundry otomatis berbasis mikrokontroler yang mampu:

·         Menggantikan proses manual menjadi fully automated

·         Mengoptimalkan penggunaan air melalui integrasi sensor HX711 dan water flow (YF-S201).

·         Memastikan konsistensi durasi pencucian menggunakan timer pada Development Board.

2.2  Efisiensi sumber daya air, listrik, dan manusia.

2.3  Implementasi nyata dari modul 1, 2, dan 3 praktikum mikrokontroler.

3. Alat dan Komponen[Kembali]

a.      Mikrokontroler STM32F103C8T6 (Blue Pill)

b.      Mikrokontroler Raspberry Pi Pico (RP2040)

c.       Load Cell 1kg + Modul HX711

d.      Water Flow Sensor YF-S201

e.       Solenoid Valve NC 12V

f.        Motor DC 12V 100 RPM

g.      LCD I2C 16x2

h.      Modul Relay 5V SRD-05VDC-SL-C

i.        Baterai Li-ion 11.1V 3000mAh 3S

j.        Buck Converter LM2596 5V 3A

k.      LED RGB Common Cathode

l.        Buzzer Aktif 5V

m.    Diode Flyback 1N4007

n.      Resistor 220Ω

o.      Kapasitor 100nF

p.      Kabel Jumper Male-Female

q.      Breadboard

r.        STM32Cube

s.       Thonny IDE

4. Landasan Teori[Kembali]

 4.1         Load Cell dan HX711

Gambar 4.1.1. Load Cell dan HX711

Load cell merupakan sensor gaya yang bekerja berdasarkan prinsip perubahan resistansi strain gauge ketika menerima beban mekanis. Pada sistem ini, load cell tipe single point dengan kapasitas 1 kg digunakan untuk mengukur berat pakaian. Strain gauge yang terpasang pada struktur logam load cell akan mengalami deformasi sebanding dengan beban yang diberikan, mengubah nilai resistansinya secara linier seperti ditunjukkan pada Gambar 4.1.2 berikut:

Gambar 4.1.2. Grafik Respon Load Cell

Dalam proyek ini, load cell dengan kapasitas 1 kg digunakan bersama modul HX711 yang berfungsi sebagai amplifier dan analog-to-digital converter. Sinyal keluaran load cell yang sangat kecil (dalam orde milivolt per volt eksitasi) diperkuat dan dikonversi menjadi data digital oleh HX711 sebelum dikirim ke mikrokontroler STM32. Proses kalibrasi dilakukan untuk menentukan offset dan faktor skala menggunakan beban referensi, dengan rumus dasar: 

Berat (gram) = (Nilai ADC - Offset) / Faktor Kalibrasi

Gambar 4.1.2. Alur kerja Load Cell dan HX711

Proses konversi sinyal mekanis ke digital melibatkan beberapa tahap:

1. Sinyal mV dari jembatan Wheatstone (berisi 4 strain gauge) diperkuat oleh modul HX711 yang memiliki amplifier instrumental dengan gain 128x.

2. ADC 24-bit pada HX711 mengkonversi sinyal analog ke digital dengan resolusi tinggi (Gambar 2 [diagram blok HX711]).

3. Mikrokontroler membaca data digital melalui protokol serial clock (SCK) dan data output (DT).

4.2         Water Flow Sensor

Gambar 4.2.1. Water Flow Sensor YS-201

Water flow sensor YF-S201 merupakan sensor aliran air berbasis efek Hall yang mengukur volume air dengan mendeteksi putaran rotor. Sensor ini terdiri dari rumah plastik berisi turbin kecil yang berputar ketika air mengalir, seperti ditunjukkan pada Gambar 3 [struktur water flow sensor]. Pada rotor terdapat magnet permanen yang memicu sensor Hall setiap kali melewatinya, menghasilkan pulsa listrik.

Prinsip Kerja

1. Konversi Aliran ke Pulsa

• Debit air yang mengalir memutar turbin dengan kecepatan proporsional.

• Setiap putaran menghasilkan 1 pulsa dari sensor Hall (Gambar 4 [grafik pulsa vs debit]).

• Kalibrasi standar: 4500 pulsa/liter (tertera di datasheet).

2. Proses Pembacaan

• Pulsa dihitung oleh STM32 menggunakan fitur interrupt pada pin PA2.

• Volume air dihitung dengan rumus:

4.3         Touch Sensor

Gambar 4.3.1 Touch Sensor

Sensor TTP223 adalah modul sentuh kapasitif yang mendeteksi sentuhan manusia melalui perubahan kapasitansi. Sensor ini bekerja dengan prinsip deteksi medan elektrostatik dan biasa digunakan sebagai pengganti tombol mekanis.

1. Konsep Dasar Kapasitansi

• Sensor memiliki elektroda logam yang membentuk kapasitor dengan lingkungan sekitarnya.

• Ketika jari mendekat (Gambar 6 [ilustrasi medan elektrostatik]), kapasitansi elektroda meningkat karena tubuh manusia bersifat konduktif.

2. Deteksi Perubahan

• IC TTP223 mengukur perubahan kapasitansi ini dengan osilator internal.

• Jika perubahan melebihi threshold, output sensor berlogika HIGH (3.3V/5V).

3. Karakteristik Respons

• Waktu respons: ~100 ms (tergantung konfigurasi).

• Dapat mendeteksi sentuhan melalui bahan isolator tipis (plastik/kaca ≤3 mm).

4.4         STM32

\

STM32 adalah keluarga mikrokontroler berbasis ARM Cortex-M yang dikembangkan oleh STMicroelectronics. Mikrokontroler ini dirancang untuk aplikasi embedded system yang membutuhkan performa tinggi, efisiensi daya, serta fleksibilitas dalam hal komunikasi dan pengendalian perangkat keras. STM32 hadir dalam berbagai seri seperti STM32F1, STM32F4, STM32L, STM32G, dan lainnya, yang masing-masing disesuaikan dengan kebutuhan spesifik seperti kecepatan, efisiensi daya, atau fitur keamanan.

Salah satu seri yang populer di kalangan pembelajar dan pengembang adalah STM32F103C8T6, yang sering dikenal melalui papan pengembangan Blue Pill. Mikrokontroler ini menggunakan arsitektur ARM Cortex-M3 dengan kecepatan hingga 72 MHz, dilengkapi dengan 64 KB Flash memory dan 20 KB SRAM, serta mendukung berbagai antarmuka seperti GPIO, UART, I2C, SPI, ADC, PWM, dan USB. Fitur-fitur ini menjadikan STM32 ideal untuk aplikasi seperti sistem kontrol industri, perangkat medis, alat ukur, robotik, hingga sistem otomasi rumah tangga.

STM32 dapat diprogram menggunakan berbagai IDE, seperti STM32CubeIDE, Keil uVision, dan bahkan Arduino IDE dengan tambahan board support. Salah satu keunggulan STM32 adalah ketersediaan tool STM32CubeMX, yang memudahkan pengguna dalam mengkonfigurasi pin, peripheral, dan clock secara grafis sebelum diimplementasikan ke kode program.

Secara umum, prinsip kerja STM32 adalah membaca sinyal dari input (sensor), mengolah data tersebut dengan logika yang diprogram, dan mengontrol perangkat output seperti relay, motor, atau aktuator lainnya. Dengan dukungan fitur real-time dan konsumsi daya rendah, STM32 banyak digunakan dalam proyek-proyek yang menuntut keandalan dan respon cepat

4.5         Rapsberry Pi Pico

Gambar 4.5.1. Raspberry Pi pico

Raspberry Pi Pico merupakan papan mikrokontroler yang dirancang oleh Raspberry Pi Foundation, menggunakan chip RP2040 buatan sendiri. Berbeda dari varian Raspberry Pi lainnya yang berfungsi sebagai komputer mini, Pico lebih ditujukan untuk mengendalikan perangkat elektronik secara langsung dan efisien. Mikrokontroler ini dilengkapi dengan prosesor dual-core ARM Cortex-M0+ berkecepatan hingga 133 MHz, memori SRAM sebesar 264 KB, dan penyimpanan flash 2 MB. Pico mendukung berbagai protokol komunikasi seperti GPIO, UART, SPI, I2C, PWM, dan ADC, sehingga sangat cocok untuk berbagai proyek otomasi. Sistem ini dapat diprogram menggunakan MicroPython maupun C/C++, memberikan fleksibilitas baik untuk pemula maupun pengembang tingkat lanjut.

Raspberry Pi Pico bekerja sebagai otak utama sistem, yang menjalankan program untuk mengontrol input dan output. Mikrokontroler ini menerima sinyal dari sensor (misalnya Touch Sensor, Load Cell, dan Water Flow Sensor), memproses data tersebut sesuai dengan logika yang telah diprogram, dan kemudian mengeluarkan sinyal kendali ke aktuator seperti relay, motor, atau solenoid valve.

Prinsip utamanya:

1. Membaca input digital/analog dari sensor melalui pin GPIO atau ADC.
   
   

2. Menjalankan perintah logika berdasarkan input tersebut.
   
   

3. Memberikan sinyal output (HIGH/LOW atau PWM) untuk mengontrol perangkat lain.
   
   

Contoh: Ketika Load Cell membaca berat pakaian > 0, Pico akan memprosesnya lalu mengaktifkan solenoid valve untuk mengisi air sesuai berat yang terdeteksi.

4.6         Solenoid Valve NC

Gambar 4.6.1. Solenoid Valve NC

Katup solenoid tipe Normally Closed (NC) adalah perangkat yang bekerja secara elektromagnetik untuk mengontrol aliran cairan atau gas. Dalam kondisi tanpa arus listrik, katup ini secara default akan tetap tertutup, mencegah aliran. Ketika dialiri listrik, kumparan di dalamnya menciptakan medan magnet yang menarik bagian inti logam, sehingga membuka jalur aliran. Sistem ini banyak digunakan dalam aplikasi otomasi, termasuk irigasi otomatis dan mesin cuci, karena hanya bekerja saat dibutuhkan, yang membantu dalam penghematan energi dan efisiensi sistem.

Solenoid valve bekerja berdasarkan prinsip elektromagnetik. Pada kondisi tanpa arus  listrik, valve tetap tertutup (NC - Normally Closed). Saat diberikan arus, kumparan (coil) dalam solenoid menciptakan medan magnet yang menarik plunger atau inti besi ke atas, sehingga membuka katup dan memungkinkan aliran fluida (air) melewati valve.

Langkah kerjanya:

1. Mikrokontroler mengirim sinyal ke relay untuk menyalurkan tegangan ke solenoid.
   
   

2. Solenoid aktif → magnet menarik plunger → katup terbuka → air mengalir.
   
   

3. Saat arus dihentikan → plunger kembali turun (dengan bantuan pegas) → katup tertutup → aliran terhenti.

4.7         Motor DC

Gambar 4.7.1 Motor DC 5 volt

Motor arus searah (DC) adalah komponen penggerak yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik menggunakan prinsip medan magnet dan arus pada kumparan. Motor ini dikenal karena kemudahan dalam mengatur kecepatan dan arah putarannya hanya dengan mengubah tegangan atau polaritas. Dalam sistem otomasi seperti laundry otomatis, motor DC berfungsi untuk menggerakkan drum pencuci atau memompa air. Pengendalian motor umumnya dilakukan melalui PWM atau modul penggerak motor agar putarannya sesuai kebutuhan.

4.8         Modul Relay

Gambar 4.8.1. Modul Relay 5V

Modul relay adalah perangkat saklar elektronik yang memungkinkan sistem berbasis mikrokontroler mengendalikan peralatan listrik dengan tegangan dan arus yang lebih tinggi. Relay bekerja dengan cara mengaktifkan elektromagnet yang menggerakkan kontak saklar ketika mendapat arus dari mikrokontroler. Biasanya, modul relay dilengkapi komponen pelindung seperti opto-isolator dan dioda flyback untuk mencegah kerusakan akibat arus balik. Dalam aplikasi otomatisasi, relay sering digunakan untuk mengontrol perangkat seperti motor DC dan katup solenoid, sehingga perangkat dapat menyala atau mati secara otomatis sesuai logika program.

4.9         UART

UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) adalah bagian perangkat keras komputer yang menerjemahkan antara bit-bit paralel data dan bit-bit serial. UART biasanya berupa sirkuit terintegrasi yang digunakan untuk komunikasi serial pada komputer atau port serial perangkat periperal.

Cara kerja komunikasi UART:

Data dikirimkan secara paralel dari data bus ke UART1. Pada UART1 ditambahkan start bit, parity bit, dan stop bit kemudian dimuat dalam satu paket data. Paket data ditransmisikan secara serial dari Tx UART1 ke Rx UART2. UART2 mengkonversikan data dan menghapus bit tambahan, kemudian ditransfer secara parallel ke data bus penerima.

4.10     I2C

I²C (Inter-Integrated Circuit) adalah salah satu protokol komunikasi serial yang digunakan untuk menghubungkan berbagai perangkat elektronik seperti mikrokontroler, sensor, memori, dan modul lainnya menggunakan hanya dua jalur sinyal, yaitu: 

• SDA (Serial Data Line): jalur untuk mentransfer data.

• SCL (Serial Clock Line): jalur untuk sinyal clock (pengatur waktu data).

Protokol ini dikembangkan oleh Philips (sekarang NXP) dan dirancang untuk komunikasi antar chip dalam jarak pendek, misalnya di dalam satu papan rangkaian (PCB).

Cara kerja : 

Komunikasi dimulai oleh master dengan kondisi start diikuti oleh alamat slave dan bit baca/tulis. Jika slave mengenali alamatnya, ia akan memberikan acknowledgment (ACK) dan kemudian proses pengiriman/permintaan data berlangsung. Setelah selesai, master mengirimkan sinyal stop untuk mengakhiri komunikasi.

4.11     Buck Converter (LM2596)

Buck Converter adalah sebuah konverter DC-DC step-down yang digunakan untuk menurunkan tegangan DC input menjadi tegangan output yang lebih rendah, dengan efisiensi yang jauh lebih tinggi dibandingkan regulator linier.

LM2596 adalah salah satu chip buck converter populer yang mampu menyediakan output yang stabil dengan arus cukup besar (hingga 3A), sangat cocok untuk aplikasi seperti sensor, mikrokontroler, dan modul-modul elektronik lainnya.

Modul LM2596 sering digunakan dalam bentuk modul siap pakai, dengan fitur: tegangan output yang dapat diatur (via potensiometer), proteksi overheat dan short circuit, efisiensi konversi tinggi (hingga 90%)

Cara kerja :  

Buck Converter (LM2596) bekerja dengan cara menurunkan tegangan dari sumber listrik agar sesuai dengan kebutuhan perangkat. Alat ini menggunakan sistem nyala-mati (switch) yang sangat cepat. Saat arus listrik mengalir, energi disimpan di dalam komponen induktor. Ketika arus dimatikan sebentar, induktor melepaskan energi tersebut ke beban. Proses ini diulang sangat cepat, dan dibantu oleh dioda serta kapasitor untuk menjaga arus tetap mengalir dan tegangan tetap stabil. Dengan cara ini, LM2596 bisa menghasilkan tegangan output yang lebih rendah dari input dengan efisiensi tinggi.

4.12     LCD 16x2

LCD 16x2 (Liquid Crystal Display 16 karakter × 2 baris) adalah modul tampilan yang banyak digunakan dalam proyek elektronika untuk menampilkan teks seperti angka, huruf, atau simbol sederhana. Sesuai namanya, LCD ini mampu menampilkan 16 karakter dalam 2 baris, sehingga total ada 32 karakter yang bisa tampil sekaligus. Setiap karakter ditampilkan dalam matriks 5×8 piksel.

Cara Kerja :

LCD ini bekerja dengan prinsip kristal cair yang berubah sifat optiknya saat diberikan tegangan, sehingga mampu menampilkan tulisan. Modul LCD 16x2 biasanya menggunakan IC controller HD44780, yang mengatur komunikasi antara mikrokontroler dan layar. Untuk menghemat pin mikrokontroler, LCD ini sering dihubungkan melalui I2C module, sehingga hanya membutuhkan dua pin: SDA (data) dan SCL (clock). LCD 16x2 cocok digunakan dalam berbagai aplikasi seperti timbangan digital, alat ukur, jam digital, dan sistem otomasi karena hemat daya, mudah diprogram, dan cukup informatif untuk tampilan sederhana.

5. Flowchart dan Listing Program[Kembali]

Flowchart

Listing Program :

STM32

/* Includes */ #include "main.h" #include "hx711.h" #include "liquidcrystal_i2c.h" #include <stdio.h>   /* Variables */ HX711 scale; I2C_HandleTypeDef hi2c1; UART_HandleTypeDef huart1; char lcd_buffer[16]; float berat = 0;   void SystemClock_Config(void); static void MX_GPIO_Init(void); static void MX_I2C1_Init(void); static void MX_USART1_UART_Init(void);   int main(void) {   HAL_Init();   SystemClock_Config();   MX_GPIO_Init();   MX_I2C1_Init();   MX_USART1_UART_Init();     /* Initialize HX711 */   HX711_Init(&scale, GPIOA, GPIO_PIN_0, GPIOA, GPIO_PIN_1);   HX711_Tare(&scale, 10);     /* Initialize LCD */   LCD_I2C_Init(&hi2c1, 0x27, 16, 2);   LCD_I2C_Clear();   LCD_I2C_Print("Sistem Laundry");   LCD_I2C_SetCursor(0, 1);   LCD_I2C_Print("Ready...");     while (1) { /* Read weight */ berat = HX711_GetUnits(&scale, 5); if (berat > 100) {  // Minimum 100g    /* Calculate water and price */    float air_ml = berat * 3;    int harga = (berat / 100) * 1000;       /* Display on LCD */    snprintf(lcd_buffer, sizeof(lcd_buffer), "BERAT: %.0f g", berat);    LCD_I2C_SetCursor(0, 0);    LCD_I2C_Print(lcd_buffer);       snprintf(lcd_buffer, sizeof(lcd_buffer), "HARGA: Rp%d", harga);    LCD_I2C_SetCursor(0, 1);    LCD_I2C_Print(lcd_buffer);       /* Check touch sensor */    if (HAL_GPIO_ReadPin(TOUCH_GPIO_Port, TOUCH_Pin) == GPIO_PIN_SET) {      char uart_msg[32];      snprintf(uart_msg, sizeof(uart_msg), "START:%.0f", air_ml);      HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)uart_msg, strlen(uart_msg), HAL_MAX_DELAY);    } } HAL_Delay(100);   } }

 b. Raspberry pi Pico

from machine import Pin, UART, Timer import time   # Pin Setup uart = UART(0, baudrate=9600, tx=Pin(0), rx=Pin(1)) relay_valve = Pin(3, Pin.OUT) relay_motor = Pin(4, Pin.OUT) relay_drain = Pin(5, Pin.OUT) led_r = Pin(6, Pin.OUT) led_g = Pin(7, Pin.OUT) led_b = Pin(8, Pin.OUT) buzzer = Pin(9, Pin.OUT)   # Variables target_ml = 0 pulse_count = 0   def set_led(color): # R, G, B (Common Cathode) led_r.value(1 if color == 'red' else 0) led_g.value(1 if color == 'green' else 0) led_b.value(1 if color == 'blue' else 0)   def flow_callback(pin): global pulse_count pulse_count += 1   def start_washing(air_ml): global target_ml, pulse_count target_ml = air_ml pulse_count = 0 set_led('purple') relay_valve.on()  # Open input valve while pulse_count < (target_ml * 4.5):  # 4500 pulses/liter      time.sleep_ms(10) relay_valve.off()  # Close valve time.sleep(5) set_led('red') relay_motor.on()  # Start motor washing_timer = Timer() washing_timer.init(mode=Timer.ONE_SHOT, period=180000, callback=stop_washing)   def stop_washing(timer): relay_motor.off() time.sleep(3) set_led('green') relay_drain.on()  # Open drain time.sleep(10) relay_drain.off() # Notify completion buzzer.on() time.sleep(2) buzzer.off() set_led('blue') # Reset uart.write("RESET")   # Main Loop set_led('blue') flow_sensor = Pin(2, Pin.IN, Pin.PULL_UP) flow_sensor.irq(trigger=Pin.IRQ_RISING, handler=flow_callback)   while True: if uart.any():      msg = uart.readline().decode().strip()      if msg.startswith("START:"):          air_ml = float(msg.split(":")[1])          start_washing(air_ml)

6. Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja[Kembali]

Prinsip kerja :

1. Mode Standby (LED Biru)

• Sistem siap menerima pakaian

• Load Cell aktif mengukur berat

• LCD menampilkan informasi berat dan harga

2. Proses AktivasiPelanggan menekan Touch Sensor

• Sistem validasi berat minimum (≥100 gram)

3. Pengisian Air

• Valve input air terbuka

• Sensor aliran bekerja: Hitung volume air

• Otomatis berhenti saat volume tercapai

4. Siklus pencucian (LED Merah)

• Motor dc berputar selama 3 menit

5. Pencucian selesai (LED Hijau)

• Motor berhenti

• 3 detik kemudian Valve pembuangan air terbuka

• Buzzer menyala 3 detik

6. Reset Otomatis

• Pembersihan memori sistem

• Kalibrasi singkat load cell

• Kembali ke mode standby

7. Vidio Simulasi[Kembali]

8. Download File[Kembali]

Link Download HTML

Rangkaian Simulasi Pi pico 1 [KliK]

Rangkaian Simulasi Pi pico 2 [KliK]

Rangkaian Skematik [KliK]

Listing Program [KliK]

Video Simulasi [KliK]

Library Sensor Touch Sensor [KliK]

Library Sensor Load Cell [KliK]

Library Sensor Water Flow[KliK]

Library UART [KliK]

Library LCD 16x2 i2c [KliK]

Library Solenoid Valve[KliK]

Datasheet Sensor  Water Flow [KliK]

Datasheet Sensor Touch Sensor [KliK]

Datasheet Sensor Load Cell [KliK]

Datasheet Solenoid Valve [KliK]

Datasheet Raspberry pi pico [KliK]

Datasheet Motor DC [KliK]

Datasheet LCD 16x2 i2c [KliK]