LANDASAN TEOR
2.2 Perangkat Keras 1 Arduino
Arduinodikatakan sebagai sebuah platform dari physical computing yang bersifat open source.Arduino tidak hanya sekedar sebuah alat pengembangan, tetapi merupakan kombinasi dari hardware, bahasa pemrograman dan Integrated Development Environment (IDE) yang canggih. IDE adalah sebuah software yang sangat berperan untuk menulis program, meng-compile menjadi kode biner dan meng-upload ke dalam
memory mikrokontroler. Ada banyak projek dan alat-alat dikembangkan oleh akademisi dan profesional dengan menggunakan Arduino, selain itu juga ada banyak modul-modul pendukung (sensor, tampilan, penggerak dan sebagainya) yang dibuat oleh pihak lain untuk bisa disambungkan dengan Arduino.
2.2.2 Jenis-jenis Papan Arduino
Saat ini ada bermacam-macam bentuk papan Arduino yang disesuaikan dengan kegunaannya seperti diperlihatkan berikut ini :
1. Arduino USB
Arduino ini menggunakan USB sebagai antar muka pemrograman atau komunikasi komputer.Walaupun bahasa pemrograman Arduino adalah bahasa C/C++, tetapi dengan penambahan library dan fungsi-fungsi standar membuat pemrograman Arduino lebih mudah dipelajari dan manusiawi. Berhubung Arduino adalah opensource, maka library- library ini juga open source dan dapat di-download secara gratis di website Arduino.Dengan bahasa yang lebih mudah dan adanya library dasar yang lengkap, maka mengembangkan aplikasi elektronik relatif lebih mudah (Feri Djuandi, 2011).
a. Arduino Uno
Arduino Uno adalah papan mikrokontroler berdasarkan ATmega328 (datasheet). Ini memiliki 14 digital pin input / output (dimana 6 dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, resonator keramik 16 MHz, koneksi USB, jack listrik, header ICSP, dan tombol reset. Ini berisi semua yang diperlukan untuk mendukung mikrokontroler; hanya menghubungkannya ke komputer dengan kabel USB atau power itu dengan adaptor AC-DC atau baterai untuk memulai menggunakannya.Uno berbeda dari semua papan sebelumnya di bahwa itu tidak menggunakan chip driver FTDI USB to serial.Sebaliknya, fitur Atmega16U2 (Atmega8U2 sampai versi R2) diprogram sebagai konverter USB to serial.Revisi ke 2 Uno memiliki resistor menarik garis 8U2 HWB line to ground, sehingga lebih mudah untuk dimasukkan ke dalam mode DFU. Revisi ke 3 memiliki fitur-fitur baru seperti 1,0 pinout: menambahkan SDA dan pin SCL yang dekat dengan pin AREF dan dua pin
baru lainnya ditempatkan dekat dengan pin RESET, yang IOREF yang memungkinkan perisai untuk beradaptasi dengan tegangan yang tersedia dari papan. Di masa depan, perisai akan kompatibel dengan kedua papan yang menggunakan AVR yang beroperasi dengan 5V dan dengan Arduino Due yang beroperasi dengan 3.3V. Yang kedua adalah pin tidak terhubung, yang disediakan untuk tujuan masa depan. Adapun data teknis board Arduino UNO sebagai berikut :
1. Mikrokontroler : Arduino UNO 2. Tegangan Operasi : 5 V
3. Tegangan Input (recommended) : 7 - 12 V 4. Tegangan Input (limit) : 6 - 20 V
5. Pin digital I/O : 14 ( 6 diantaranya pin PWM ) 6. Pin analog input : 6
7. Arus DC per pin I/O : 40 mA 8. Arus DC untuk pin 3.3 V : 150 mA
9. Flash Memory : 32 KB dengan 0.5 KB digunakan untuk bootloader 10.SRAM : 2 KB
11.EEPROM : 1 KB
12.Kecepatan Pewaktu : 16 MHz
Gambar 2.1 Arduino Uno
Sumber : www.arduino.cc
2.2.3 Modul GSM (SIM800L)
Modul GSM adalah peralatan yang didesain supaya dapat digunakan untuk aplikasi komunikasi dari mesin ke mesin atau dari manusia ke mesin. Dalam aplikasi yang dibuat harus terdapat mikrokontroler yang akan mengirimkan perintah kepada modul GSM berupa AT command melalui RS232 sebagai komponen penghubung (communication links). Fungsi Modul GSM adalah peralatan yang menghubungkan antara mikrokontroler dengan jaringan GSM dalam suatu aplikasi nirkabel. Dengan adanya sebuah modul GSM maka aplikasi yang dirancang dapat dikendalikan dari jarak jauh dengan menggunakan jaringan GSM sebagai media akses, pada penelitian ini menggunakan SIM800L yang merupakan salah satu Module GSM/GPRS Serial yang dapat kita Gunakan bersama Arduino/AVRdan didalamnya terdapat Micro SIM.(Syifaul, 2008).
Deskripsi:
a. Tegangan: 3.7-4.2V (datasheet = 3.4-4.4V)
b. Frekuensi: Quadband 850/900/1800 / 1900Mhz c. Ukuran modul: 2.5cmx2.3cm
d. Daya transmisi :Kelas 4 (2W) di GSM 850 dan EGSM 900, Kelas 1 (1W) di DCS1800 dan PCS 1900GPRS konektivitas
e. GPRS multi slot kelas 12 standar f. GPRS multi slot kelas 1 - 12 (option)
g. Kisaran suhu normal: 40 ° C - + 85 ° C
Gambar. 2.3 Module SIM800L Sumber : www.itead.cc
Pada Module SIM800L memiliki 12 pinHeader,6 di sisi kanan dan 6 disisi kiri,berikut adalah penjelasan pin nya
a. NET = Antena b.VCC = +3.7-4.2V c. RST = Reset d. RXD = Rx Data Serial e. TXD = Tx Data Serial f. GND = Ground/0V
g. RING when call incoming h. DTR i. MICP = Microphone + j. MICN = Microphone - k. SPKP = Speaker + l.SPKN = Speaker - 2.2.4 Sensor
Secara umum sensor adalah suatu alat detektor yang memiliki kemampuan untuk mengukur beberapa kualitas fisik yang terjadi dan kemudian mengubah suatu besaran fisik menjadi besaran listrik yang proporsional.Termasuk dalam golongan ini adalah baik sensor yang sederhana maupun alat pemroses sinyal elektronik yang terhubung sesudahnya.Termasuk dalam golongan ini juga komponen yang dapat mendeteksi adanya gas dan kelembaban (Wolfgang, 1993). Sensor harus memenuhi persyaratan kualitas sebagai berikut :
1. Linearitas
Konversi harus betul-betul proporsional, ajdi karakteristik konversi harus linear
2. Tak tergantung Temperatur
Keluaran konverter tidak boleh tergantung pada temperatur disekelilingnya, kecuali sensor temperatur.
3. Kepekaan
Kepekaan sensor harus dipilih sedemikian, sehingga pada nila-nilai masukan yang ada dapat diperoleh tegangan listrik keluaran yang cukup besar.
4. Waktu tanggapan
Waktu tanggapan adalah waktu yang diperlukan keluaran sensor untuk mencapai nilai akhirnya pada nilai masukan yang berubah secara mendadak. Sensor harus dapat berubah cepat bila nilai masukan pada sistem tempat sensor tersebut berubah.
5. Batas frekuensi terendah dan tertinggi
Batas-batas tersebut adalah nilai frekuensi masukan periodik terendah dan Tertinggi yang masih dapat dikonversi oleh sensor secara benar.Pada kebanyakan aplikasi disyaratkan bahwa frekuensi terendah adalah 0 Hz. 6. Stabilitas waktu
Untuk nilai masukan tertentu sensor harus dapat memberikan keluaran yang tetap nilainya dalam waktu yang lama.
7. Histeresis
Gejala histeresis yang ada pada magnetisasi besi dapat pula dijumpai pada sensor.Misalnya, pada suatu temperatur tertentu sebuah sensor dapat
memberikan keluaran yang berlainan, tergantung pada keadaan apakah saat itu temperatur sedang naik atau turun.
2.2.5 Elemen penting dalam sensor
Sistem instrumentasi yang digunakan untuk melakukan pengukuran memiliki masukan berupa nilai sebenarnya dari variabel yang sedang diukur, dan keluaran berupa nilai variabel yang terukur seperti gambar berikut :
Gambar 2.4 Diagram blok sistem pengukuran
Sebagai contoh, termometer dapat digunakan untuk memberikan nilai numerik dari temperatur pada sebuah cairan. Namun harus dipahami karena berbagai alasan, nilai numerik ini mungkin tidak merepresentasikan nilai variael yang
sebenarnya. Jadi dalam kasus ini sangat mungkin terjadi eror dalam pengukuran misalnya disebabkan oleh keterbatasan akurasi dalam kalibrasi skala, eror pembacaan karena pembacaannya jatuh diantara dua tanda skala, atau mungkin juga error yang muncul karena pencelupan termometer dari cairan dingin ke cairan panas, yang menyebabkan terjadinya penurunan temperatur cairan pada cairan panas, sehingga temperatur yang sedang diukur pun berubah .
Dari fenomena-fenomena seperti ini lah, maka muncul istilah-istilah atau terminologi yang menggambarkan unjuk kerja (performansi) pada suatu sistem pengukuran dan elemen-elemen fungsionalnya seperti akurasi, error, jangkauan, presisi, repeatibility, reproduksibilitas, sensitivitas, dan stabilitas yang nantinya akan mempengaruhi karakteristik dinamik suatu sistem pengukuran sehingga dapat dilihat formansinya secara menyeluruh. Pembahasan mengenai istilah-istilah unjuk kerja ini, akan dibahas pada tulisan berikutnya.Sistem instrumentasi yang digunakan untuk melakukan pengukuran terdiri dari beberapa elemen-elemen yang digunakan untuk menjalankan beberapa fungsi tertentu. Elemen-elemen fungsional ini adalah sensor, prosesor sinyal, dan penampil data (Rafiuddin, 2013).
1. Sensor
Sensor adalah elemen sistem yang secara efektif berhubungan dengan proses dimana suatu variabel sedang diukur dan menghasilkan suatu keluaran dalam bentuk tertentu tergantung pada variabel masukannya, dan dapat digunakan oleh bagian sistem pengukuran yang lain untuk mengenali nilai variabel tersebut. sebagai contoh adalah sensor termokopel yang memiliki masukan berupa temperatur serta keluaran berupa gaya gerak listrik (GGL) yang kecil. GGL yang kecil ini oleh bagian sistem pengukuran yang lain dapat diperkuat sehingga diperoleh pembacaan pada alat ukur.
2. Prosesor sinyal
Bagian ini merupakan elemen sistem instrumentasi yang akan mengambil keluaran dari sensor dan mengubahnya menjadi suatu bentuk besaran yang cocok untuk tampilan dan transmisi selanjutnya dalam beberapa sistem
kontrol. Seperti pengondisi sinyal (signal conditioner) merupakan salah satu bentuk prosesor sinyal.
Gambar 2.5 Input dan Output sistem pengukuran
Untuk contoh kasus termokopel seperti dijelaskan sebelumnya, elemen prosesor sinyal ini dapat berupa penguat yang digunakan untuk meningkatkan besar GGL yang dihasilkan sensor termokopel.
3. Panampil data
Elemen terakhir pada sebuah sistem instrumentasi pengukuran adalah penampil data.Elemen ini menampilkan nilai-nilai yang terukur dalam bentuk yang isa dikenali oleh pengamat, seperti melalui sebuah alat penampil (display), misalnya sebuah jarum penunjuk (pointer) yang bergerak disepanjang skala suatu alat ukur. Selain ditampilkan, sinyal tersebut juga dapat direkam, misalnya pada kertas perekam diagram atau pada piringan magnetik, ataupun ditransmisikan ke beberapa sistem yang lain seperti sistem kontrol/kendali.
Dengan menampilkan ketiga elemen-elemen pembentuk sistem instrumentasi pengukuran diatas, maka secara umum sistem pengukuran dapat digambarkan sebagai berikut.
2.2.6 DHT11
DHT11 adalah sensor digital yang dapat mengukur suhu dan kelembaban udara di sekitarnya. Sensor ini memiliki keluaran sinyal digital yang dikalibrasi dengan sensor suhu dan kelembaban yang kompleks, pada sensor berisi data maksimal pengerjaan tegangan yang dibutuhkan sensor juga kelembaban yang dapat digunakan sebagai indikator. Sensor ini sangat mudah digunakan bersama dengan Arduino.Memiliki tingkat stabilitas yang sangat baik serta fitur kalibrasi yang sangat akurat.Koefisien kalibrasi disimpan dalam OTP program memory, sehingga ketika internal sensor mendeteksi sesuatu, maka module ini menyertakan koefisien tersebut dalam kalkulasinya.
DHT11 termasuk sensor yang memiliki kualitas terbaik, dinilai dari respon, pembacaan data yang cepat, dan kemampuan anti-interference. Ukurannya yang kecil, dan dengan transmisi sinyal hingga 20 meter (Rafiuddin, 2013).
Spesifikasi dari sensor DHT11 adalah sebagai berikut: a. Tegangan : +5 V
b. Temperaturrange : 0-50 °C error of ± 2 °C
c. Kelembaban : 20-90% RH ± 5% RH error 44 d. Tampilan : Digital
e. Kabel Konektor 3 pin
Gambar 2.7 DHT11
2.2.7 Optocoupler
Optocoupler adalah suatu komponen penghubung (coupling) yang bekerja berdasarkan picu cahaya optic. Optocoupler terdiri dari dua bagian yaitu :
a. Transmitter
Pada bagian transmitter dibangun dari sebuah LED infra merah. Jika dibandingkan dengan menggunakan LED biasa, LED infra merah memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap sinyal tampak. Cahaya yang dipancarkan oleh LED infra merah tidak terlihat oleh mata telanjang.
b. Receiver
Pada bagian receiver dibangun dengan dasar komponen Photodiode.Photodiode merupakan suatu transistor yang peka terhadap tenaga cahaya.Suatu sumber cahaya menghasilkan energi panas, begitu pula dengan spektrum infra merah. Karena spekrum infra mempunyai efek panas yang lebih besar dari cahaya tampak, maka Photodiode lebih peka untuk menangkap radiasi dari sinar infra merah. Ditinjau dari penggunaanya, fisik optocoupler dapat berbentuk bermacam-macam. Bila hanya digunakan untuk mengisolasi level tegangan atau data pada sisi transmitter dan sisi receiver, maka optocoupler ini biasanya dibuat dalam bentuk solid (tidak ada ruang antara LED dan Photodiode). Sehingga sinyal listrik yang ada pada input dan output akan terisolasi. Dengan kata lain optocoupler ini digunakan sebagai optoisolator jenis IC.
Gambar 2.8 Rangkaian pada Optocoupler
Pada gambar 2.8 nilai dari R1 dan R2 didapatkan menggunakan rumus hukum ohm:
�2=� −� �
Dengan If adalah arus forward dioda dan Vd adalah tegangan pada dioda. Saat transistor mengalami saturasi, tegangan output besarnya mendekati nol. Saat Vin nol atau tidak ada arus pada LED, transistor menjadi terbuka (open circuit), dan tegangan output meningkat mendekati Vcc. Jumlah cahaya berubah-ubah sesuai dengan tegangan input, artinya tegangan output bervariasi sesuai dengan tegangan input. Kombinasi sebuah LED dan sebuah fototransistor kemudian disebut optocoupler. Rangkaian ini dapat mengkopel sinyal input ke rangkaian output (Yuri, 2016).
Prinsip kerja dari optocoupler adalah :
Jika antara Photodiode dan LED terhalang maka Photodiode tersebut akan off sehingga output dari kolektor akan berlogika high. Sebaliknya jika antara Photodiode dan LED tidak terhalang maka Photodiode dan LED tidak terhalang maka Photodiode tersebut akan on sehingga output-nya akan berlogika low. Rangkaian Optocoupler berfungsi sebagai pemisah rangkaian pembangkit pulsa pada sisi masukan dengan rangkaian keluaran.Sehingga jika terjadi gangguan pada rangkaian keluaran tidak berpengaruh pada rangkaian pembangkit pulsa.
Untuk rangkaian Optocoupler supplai tegangan harus beda antara masukan dan keluaran rangkaian, sehingga mempunyai supplai tegangan sendiri. Sedangkan untuk ground pada kaki nomor 2 dan ground pada kaki nomor 4 harus dipisahkan. Hal- hal tersebut dimaksudkan agar fungsi Optocoupler sebagai isolator electric dapat berfungsi (Akhmad, 2011).
2.2.8 Potensiometer
Potensiometer adalah resistor tiga terminal dengan sambungan geser yang membentuk pembagi tegangan dapat disetel.Jika hanya dua terminal yang digunakan (salah satu terminal tetap dan terminal geser), potensiometer berperan sebagai resistor variabel atau Rheostat. Potensiometer ini digunakan untuk mendeteksi arah angin yang
menampilkan angka desimal dalam bentuk derajat .Rangkaian pendeteksi arah digital ini bekerja melalui pendeteksian sensor yang berupa potensiometer sebagai sensor arah. Kemudian data yang diperoleh oleh sensor yang berupa sinyal analog diubah oleh arduino menjadi sinyal digital dalam bentuk data biner yang kemudian dikonversikan menjadi data desimal untuk ditampilkan di display (Wildan, 2011).
Gambar 2.9 Cara kerja Potensiometer Sumber: www.mysensors.org