Timbangan Buah Digital Berbasis Arduino

TIMBANGAN BUAH DIGITAL BERBASIS ARDUINO

Andi Lorenza Johan Prayogi¹ ; Luthfiatul Huda Ashcha Safitri² ; Ramahadia Yoviyanto³ ; Samuel BETA⁴

Prodi Elektronika Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Semarang

Jl. Prof. Soedarto, S.H., Tembalang, Semarang, 50275

e-mail : andilorenza03@gmail.com¹, luthfiatulhudaas@gmail.com², ramahadia12@gmail.com³, sambetak2@gmail.com⁵

Abstract – In order to facility the user to measure the weight of an object, requiring a digital system of material scales, because using a digital scale, the result will be more precise than using manual scales. In this research, digital-based material scale module application is made using Arduino Uno system with load cell weight sensor input and Keypad and exterior display on Liquid Crystal Display (LCD) and the data To the Micro SD module. This weight Sensor is able to measure the weight of the fruit with nine variations along with a set price. The maximum weight limit of the weighed fruit is 5kg. Afterwards the sensor readings are strengthened with IC HX711. External displayed on the LCD is the result of weight measurement and the price of the fruit in kilograms (Kg) and rupiah.

Keywords: Arduino Mega, Keypad, Load Cell, Liquid Crystal Display (LCD)

Intisari – Untuk memudahkan pengguna dalam mengukur berat suatu benda, membutuhkan medul timbangan benda dengan sistem digital, karena dengan menggunakan timbangan digital, hasil yang didapatkan akan lebih presisi dibandingkan dengan menggunakan timbangan manual. Dalam penelitian ini dibuatlah aplikasi modul timbangan benda berbasis digital menggunakan sistem Arduino Uno dengan masukan sensor berat sel beban (Load Cell) dan Keypad serta luaran berupa tampilan pada Liquid Crystal Display (LCD) serta data hasil timbang akan disimpan ke modul mikro SD. Sensor berat ini mampu mengukur berat buah dengan sembilan variasi beserta set harga yang sudah ditentukan. Batas maksimum berat buah yang ditimbang adalah 5 kg. Setelah itu hasil pembacaan sensor dikuatkan dengan IC HX711. Luaran yang ditampilkan pada LCD yaitu berupa hasil pengukuran berat beserta harga buahnya dalam satuan kilogram (Kg) dan rupiah.

Kata Kunci : Arduino Mega, Keypad, Load Cell, Liquid Crystal Display (LCD)

I        PENDAHULUAN

1.1         Latar Belakang

Selama ini timbangan yangg ada dipasaran pada umumnya masih bersifat konvensional atau manual. Seringkali hasil pengukuran yang didapat juga tidak teliti atau presisi karena tidak adanya akurasi dan tingkat kepresisian pada timbangan konvensional. Proses pengukuran berat suatu objek atau benda seharusnya membutuhkan tingkat ketelitian yang akurat.

Seperti timbangan buah yang juga harus mempertimbangkan harga buah yang di jual. Biasanya harga buah tidak sesuai dengan berat dari buah itu sendiri. Maka dibutuhkan timbangan yang dapat menimbang buah sekaligus menampilkan harga buahnya.

Berdasarkan permasalahan tersebut maka dibuatlah proyek Arduino “Timbangan Buah Digital Berbasis Arduino”. Alat ini dibuat untuk memudahkan para penjual untuk menjual buahnya dan mendapatkan keyakinan dari para pembelinya untuk menimbang buah dengan tingkat ketelitian yang akurat.

Komponen yang digunakan yaitu Arduino Mega 2560 sebagai pemroses, sensor sel beban 5 kg untuk mendeteksi berat buah dan IC HX711 untuk menguatkan hasil pembacaan sensor. Selain itu, timbangan digital ini dilengkapi dengan keypad 4x4 untuk memilih variasi buah yang akan ditimbang. Hasil penimbangan dan harga buah ditampilkan pada LCD 20x4. Data tersebut akan disimpan pada kartu SD dengan dilengkapi waktu secara real-time.

1.2         Rumusan Masalah

Permasalahan yang akan diselesaikan dalam proyek elektronika adalah:

1.      Bagaimana cara membuat timbangan digital berbasis Arduino?

2.      Bagaimana cara memantau hasil timbangan yang sudah dilakukan?

1.3         Tujuan

Tujuan pembuatan alat ini adalah:

1.      Merancang timbangan buah digital yang dapat mengukur serta menampilkan berat dan harga buah.

2.      Menampilkan hasil pengukuran pada LCD 20x4 dan menyimpan data dalam kartu SD.

1.4    Manfaat

Manfaat yang akan didapat adalah:

1.      Memudahkan dalam menimbang buah karena hasil penimbangan dan harga ditampilkan     pada LCD 20x4

2.      Hasil penimbangan buah dapat dipantau setiap harinya karena data disimpan dalam kartu  SD.

II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Arduino Mega 2560

Gambar 2.1 Arduino Mega 2650

     Seperti terlihat pada Gambar 2.1 papan Arduino Mega 2560 adalah sebuah papan Arduino yang menggunakan IC mikrokontroler ATmega 2560. Papan ini memiliki pin I/O yang relatif banyak, 54 digital masukan/luaran, 15 buah di antaranya dapat digunakan sebagai keluaran Pulse Width Modulation (PWM), 16 buah analog masukan, 4 Universal Asychronous Receiver Trasmitter (UART). Arduino Mega 2560 di lengkapi dengan pin dengan fungsi khusus, yang dijabarkan sebagai berikut:
1. Serial 4 buah: Port Serial 0: Pin 0 (RX) dan Pin 1 (TX); Port Serial 1: Pin 19 (RX) dan Pin 18 (TX); Port Serial 2: Pin 17 (RX) dan Pin 16 (TX); Port Serial 3: Pin 15 (RX) dan Pin 14 (TX). Pin Rx di gunakan untuk menerima data serial TTL dan Pin (Tx) untuk mengirim data serial TTL.
2. External Interrupts 6 buah: Pin 2 (Interrupt 0), Pin 3 (Interrupt 1), Pin 18 (Interrupt 5), Pin 19 (Interrupt 4), Pin 20 (Interrupt 3) dan Pin 21 (Interrupt 2).
3. PWM 15 buah: Pin 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 dan 44, 45, 46 pin-pin tersebut dapat di gunakan sebagai keluaran PWM 8 bit.
4. SPI: Pin 50 (MISO), Pin 51 (MOSI), Pin 52 (SCK), Pin 53 (SS), digunakan untuk komunikasi SPI menggunakan pustaka SPI
5. I2C: Pin 20 (SDA) dan Pin 21 (SCL), komunikasi I2C menggunakan pustaka kabel
6. LED: Pin 13, built-in LED terhubung dengan pin digital 13.
Spesifikasi Arduino Mega 2560 dideskripsikan pada table 2.1.
Tabel 2.1 Spesifikasi dari Arduino Mega2560

2.2 Sensor Sel Beban 5 kg

     Sensor sel beban merupakan sensor yang dirancang untuk mendeteksi tekanan atau berat sebuah beban. Sensor ini umumnya digunakan sebagai komponen utama pada sistem timbangan digital. Pengukuran yang dilakukan oleh load cell menggunakan prinsip tekanan.

Gambar 2.2 Sensor Sel Beban 5 Kg

     Kabel merah pada gambar adalah input tegangan sensor. Kabel hitam adalah input ground sensor. Kabel hijau adalah output positif sensor. Kabel putih adalah output ground sensor.
     Selama proses penimbangan akan mengakibatkan reaksi terhadap elemen logam pada sel beban yang mengakibatkan gaya secara elastis. Gaya yang ditimbulkan oleh regangan ini dikonversi ke dalam sinyal elektrik oleh strain gauge (pengukur regangan) yang terpasang pada sel beban.

2.3 HX711

Gambar 2.3 HX711

    HX711 adalah modul timbangan, yang memiliki prinsip kerja mengkonversi perubahan yang terukur dalam perubahan resistansi dan mengkonversinya ke dalam besaran tegangan melalui rangkaian yang ada. Modul melakukan komunikasi dengan komputer/mikrokontroller melalui TTL232.
      HX711 memiliki struktur yang sederhana, mudah dalam penggunaan, hasil yang stabil dan reliable, memiliki sensitivitas tinggi, dan mampu mengukur perubahan dengan cepat.

2.4 Penampil 20x4

    Penampil berfungsi untuk menampilkan data baik dalam bentuk karakter, huruf, angka ataupun grafik. Ada beberapa tipe penampil, namun pada alat ini penampil yang digunakan adalah penampil tipe 20x4, yang artinya penampil tersebut terdiri dari 4 baris dan masing-masing barisnya tersusun atas 20 karaker. Berikut ini pin, kaki atau jalur masukan dan kontrol dalam suatu penampil diantaranya adalah:
a. Pin data adalah jalur untuk memberikan data karakter yang ingin ditampilkan menggunakan penampil, dapat dihubungkan dengan bus data dari rangkaian lain seperti mikrokontroler dengan lebar data 8 bit.
b. Pin RS (Register Select) berfungsi sebagai indikator atau menentukan jenis data yang masuk, apakah data atau perintah. Logika rendah menunjukkan yang masuk adalah perintah, sedangkan logika tinggi menunjukkan data.
c. Pin R/W (Read Write) berfungsi sebagai instruksi pada modul jika logika rendah berarti tulis data, sedangkan logika tinggi membaca data.
d. Pin E (Enable) digunakan untuk mengakifkan sinyal yang terbaca.
e. Pin Vo berfungsi mengatur kecerahan tampilan (kontras) dimana pin ini dihubungkan dengan trimpot, jika tidak digunakan dihubungkan dengan pertanahan. Bentuk fisik dari penampil 20x4 diperlihatkan pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4 LCD 20x4

Pada Tabel 2.2 dideskripsikan fungsi dari masing-masing pin pada penampil 20x4.
Tabel 2.2 Deskripsi Pin Penampil

2.5 Keypad 4x4

   Keypad adalah bagian penting dari suatu perangkat elektronika yang membutuhkan interaksi manusia. Keypad berfungsi sebagai interface antara perangkat (mesin) elektronik dengan manusia atau dikenal dengan istilah Human Machine Interface (HMI). Matriks keypad 4×4 memiliki konstruksi atau susunan yang simple dan hemat dalam penggunaan port mikrokontroler. Konfigurasi keypad dengan susunan bentuk matriks ini bertujuan untuk penghematan port mikrokontroler karena jumlah tombol yang dibutuhkan banyak pada suatu sistem dengan mikrokontroler.

Gambar 2.5 Keypad 4x4

    Konstruksi matriks keypad 4×4 diatas cukup sederhana, yaitu terdiri dari 4 baris dan 4 kolom dengan keypad berupa tombol tekan yang diletakkan di setiap persilangan kolom dan barisnya. Rangkaian matriks keypad diatas terdiri dari 16 tombol tekan dengan konfigurasi 4 baris dan 4 kolom. 8 line yang terdiri dari 4 baris dan 4 kolom tersebut dihubungkan dengan port mikrokontroler 8 bit. Sisi baris dari matriks keypad ditandai dengan nama Row1, Row2, Row3 dan Row4 kemudian sisi kolom ditandai dengan nama Col1, Col2, Col3 dan Col4. Sisi input atau output dari matriks keypad 4×4 ini tidak mengikat, dapat dikonfigurasikan kolom sebagi input dan baris sebagai output atau sebaliknya tergantung pemrogramnya.

Gambar 2.6 Rangkaian matriks keypad 4x4

2.6 Modul Kartu SD

     Modul kartu SD merupakan modul untuk mengakses kartu SD untuk pembacaan maupun penulisan data dengan menggunakan sistem antarmuka Serial Parallel Interface (SPI). Modul ini cocok untuk berbagai aplikasi yang membutuhkan media penyimpan data, seperti sistem absensi, sistem antrian, maupun sistem aplikasi data logging lainnya.

Gambar 2.7 Modul Kartu SD

      Pin-pin yang terdapat pada modul kartu SD, yaitu:
1.   GND: Negatif catu daya
2.   VCC: Positif catu daya
3.   MISO, MOSI, SCK: terminal SPI
4.   CS: Chip select signal pin

2.7 Real Time Clock (RTC)

Gambar 2.8 Real Time Clock

    Real Time Clock (RTC) merupakan chip IC yang mempunyai fungsi menghitung waktu yang dimulai dari detik, menit, jam, hari, tanggal, bulan, hingga tahun dengan akurat. Untuk menjaga atau menyimpan data waktu yang telah diaktifkan pada modul, terdapat sumber catu daya sendiri yaitu baterai jam kancing. Keakuratan data waktu yang ditampilkan digunakan osilator kristal eksternal. Sehingga saat perangkat mikrokontroler terhubung dengan RTC ini sebagai sumber data waktu dimatikan, data waktu yang sudah terbaca dan ditampilkan tidak akan hilang begitu saja. Dengan catatan baterai yang terhubung pada RTC tidak habis dayanya.

III PERANCANGAN ALAT

3.1  Diagram Blok

    Diagram blok sistem dirancang untuk dapat mengetahui prinsip kerja keseluruhan sistem ataupun rangkaian serta untuk memudahkan proses perancangan dan pembuatan pada masing-masing bagian, sehingga dapat dibuat sistem sesuai dengan yang diinginkan. Berikut adalah diagram blok alat yang ditunjukkan pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Diagram Blok

     Timbangan Buah Digital Berbasis Arduino menggunakan masukan berupa sensor berat sel beban 5 kg untuk mendeteksi berat buah, HX711 untuk menguatkan hasil pembacaan sensor berat, keypad 4x4 untuk memilih menu buah, dan Real-Time Clock 1307 untuk menjalankan waktu. Luaran dari alat ditampilkan pada LCD 20x4 dengan data yang disimpan pada modul kartu SD. Semua proses dilakukan oleh Arduino Mega 2560.

3.2 Cara Kerja Alat

    Masukan dari sistem ini adalah sensor loadcell dan keypad. Tampilan awal LCD akan menampilkan pesan untuk memilih menu pada keypad dari nomor 1-9. Pilihan menu tersebut terdiri dari mangga, apel, jeruk, alpukat, melon, pepaya, semangka, kelengkeng, dan sawo. Kemudian pilihan menu tersebut dipilih salah satu dan setelah itu buah ditimbang, karena tegangan dari loadcell terlalu kecil maka dikuatkan oleh modul HX711. Tegangan yang sudah dikuatkan tadi akan diolah oleh Arduino Mega, dan luarannya akan ditampilkan pada LCD 20x4 berupa jenis buah, berat buah, dan harga buah. Selanjutnya data tersebut disimpan dalam Micro-SD.

3.3 Perancangan Perangkat Keras

     Membuat rancangan perangkat keras meliputi pembuatan rangkaian elektronik untuk catu daya dan sistem secara keseluruhan.
     Pada gambar 3.2 ditunjukkan keseluruhan rangkaian dilengkapi dengan pengawatan yang menunjukkan penggunaan pin-pin masukan dan luaran alat.

Gambar 3.2 Rangkaian Alat

Pada gambar dibawah ini ditunjukkan pengawatan pin Arduino dengan komponen lainnya.

Gambar 3.3 Pengawatan Dalam

Gambar 3.4 Pengawatan Luar

Gambar 3.5 Rangkaian Keseluruhan

3.4 Perancangan Perangkat Lunak

     Perancangan ini digunakan untuk mengatur kinerja keseluruhan dari sistem yang terdiri dari beberapa perangkat keras sehingga sistem ini dapat bekerja dengan baik dan untuk mengolah data masukan agar menghasilkan keluaran yang sesuai dengan yang dikehendaki. Untuk memberikan gambaran umum jalannya program dan memudahkan pembuatan perangkat lunak, maka dibuat diagram alir yang menunjukan jalannya program. Diagram alir program ditunjukan pada gambar 3.5.

Gambar 3.5 Diagram Alir Program

IV  PENGUJIAN ALAT

Dalam proyek yang dibuat, perlu diuji untuk menentukan kesesuaian alat dengan cara kerjanya. Adapun, langkah-langkah yang dilakukan adalah:
1. Mengunggah program ke alat yang dibuat.
2. Menguji kesesuaian alat sesuai cara kerja.

V    PENUTUP

4.1 Kesimpulan

     1. Timbangan buah digital ini dapat digunakan untuk menimbang beban dengan berat              maksimal 5 kg.
     2.  Hasil penimbangan berat dan harga buah ditampilkan pada LCD 20x4.
     3.  Data hasil penimbangan dapat disimpa di kartu SD dengan waktu real-time.

Daftar Pustaka

[1] Andi Ainul Furqan. 2016. "Rancang Bangun Timbangan Beras Digital dengan Keluaran Berat dan Harga Berbasis Mikrokontroler". Skripsi. Jurusan Teknik Informatika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Alauddin Makassar. Hal: 10-22.
[2] Apsari Candra Nursita, Maya Andrea, dan Prisca Erbianti. 2016. "Modul Timbangan Digital dengan LED RGB dan Buzzer Sebagai Indikator". Program Studi Teknik Elektronika Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Semarang. Laman: https://belajar-mikrokontroler-2016.blogspot.com/2016/12/modul-timbangan-benda-digital-dengan.html (Diakses: 9 Oktober 2019)
[3] http://belajararm.blogspot.com/2015/01/modultimbangan-buah-digital-berbasis.html/ (Diakses: 9 Oktober 2019)

Lampiran

1.     Jurnal, klik disini

2.     PPT, klik disini

3.     Program pdf, klik disini

4.     Pengawatan Dalam, klik disini

5.     Pengawatan Luar, klik disini

6.     Diagram Blok, klik disini

7.     Diagram Alir, klik disini

8.     Gambar Rangkaian, klik disini

9.    Video Simulasi, klik disini

     Nama penulis Andi Lorenza Johan Prayogi. Penulis dilahirkan di Kota Semarang, 7 Mei 1998. Penulis telah menempuh pendidikan formal di SD Negeri Sendang Mulyo 02-06 Semarang, SMP Negeri 10 Semarang, dan SMk Negeri 7 Semarang.
   Tahun 2017 penulis telah menyelesaikan pendidikan SMK. Pada tahun 2017 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) dan diterima menjadi mahasiswa baru diploma (D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM 3.32.17.3.02. Apabila ada kritik dan saran yang membangun serta apabila terdapat beberapa pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi melalui email andilorenza03@gmail.com

     Nama penulis Luthfiatul Huda Ashcha Safitri. Penulis dilahirkan di Kabupaten Kendal, 26 Maret 2000. Penulis telah menempuh pendidikan formal di SD Negeri 1 Sukomulyo, SMP Negeri 1 Kaliwungu, dan SMA Negeri 1 Kendal. Tahun 2017 penulis telah menyelesaikan pendidikan SMA. Pada tahun 2017 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) dan diterima menjadi mahasiswa baru diploma (D3 Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM 3.32.17.3.12. Apabila ada kritik, saran, dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi penulis melalui email luthfiatulhudaas@gmail.com

    Nama penulis Ramahadia Yoviyanto. Penulis dilahirkan di Kota Semarang, 17 Desember 1999. Penulis telah menempuh pendidikan formal di MI Al-Islam Gunungpati, SMP Negeri 22 Semarang, dan SMK NU Ungaran. Tahun 2017 penulis telah menyelesaikan pendidikan SMK. Pada tahun 2017 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) dan diterima menjadi mahasiswa baru diploma (D3 Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM 3.32.17.3.16. Apabila ada kritik, saran, dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi penulis melalui email ramahadia12@gmail.com


    Nama pengajar Samuel BETA. Beliau mengajar di program studi Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Semarang. Email : sambetak2@gmail.com