BAB II LANDASAN TEORI
2.10 Peralatan pendukung
2.10.1 Perangkat Keras
Teknologi mikrokontroler sebagai salah satu produk teknologi semikonduktor berkontribusi besar untuk menunjang aktivitas manusia. Aduino merupakan salah satu dari sekian produk edukasi mikrokontroler sebagai proyek rintisan berlisensi terbuka dan mampu difungsikan sebagai produk akhir. Dalam modul juga disetrai komponen elektronika. Mikrokontroler itu sendiri adalah chip atau IC (Integrated Circuit) yang bisa diprogram menggunakan komputer. Tujuan menanamkan program pada mikrokontroler adalah agar rangkaian elektronik dapat membaca input, memproses input tersebut dan kemudian menghasilkan output sesuai yang diinginkan. Jadi mikrokontroler bertugas sebagai otak yang mengendalikan input, proses dan output sebuah rangkaian elektronik. Mikrokontroler. Mikrokontroler ada pada perangkat elektronik di sekeliling kita. Misalnya
handphone, MP3 player, DVD, televisi, AC, dll. Mikrokontroler juga dipakai untuk keperluan mengendalikan robot. Baik robot mainan, maupun robot industri.
(Nurrohman, 2015)
Mikrokontroler umumnya terdiri dari CPU (Central Processing Unit), memori, I/O tertentu dan unit pendukung seperti Analog-to-Digital Converter (ADC) yang sudah terintegrasi di dalamnya. Tidak seperti sistem komputer, yang mampu menangani berbagai macam program aplikasi (misalnya pengolah kata, pengolah angka dan lain sebagainya), mikrokontroler hanya bisa digunakan untuk suatu aplikasi tertentu saja (hanya satu program saja yang bisa disimpan). (Koswata, 2015)
Gambar 2.7 Mikrokontroler IC (Sumber : (Sutanto, 2017)
2. Arduino
Arduino adalah papan rangkaian elektronik (electronic board) open source yang mempunyai masukan dan keluaran serta terdapat komponen utama untuk pengendali program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus yaitu sebuah chip mikrokontroler berbasis ATMega328 (untuk arduino UNO R3). Saat ini Arduino sangat populer, banyak pemula maupun profesional ikut mengembangkan aplikasi elektronik menggunakan Arduino. Bahasa
pemrograman yang digunakan untuk mengontrol Arduino adalah bahasa pemrgoraman C. Board Arduino UNO R3 dapat dilihat pada gambar 2.9. Struktur serta antarmuka Arduino yang sederhana memberi kemudahan pengguna dalam memahami parameter (visualisasi maupun non-visual) seperti konsep sensor atau penerapan sensor elektronik yang tidak selalu bisa diamati langsung seperti sinar infra merah. Konsep bahasa Arduino dengan mentargetkan ke pin tertentu (secara fisik) menjadikannya lebih mudah dipahami oleh berbagai kalangan. (Koswata, 2015)
Spesifikasi Arduino UNO R3 adalah sebagai berikut : 1. Memiliki 14 pin input/output
2. Memiliki 6 pin input analog
3. Crystal osilator dengan kapasistas 16MHz 4. Koneksi USB
5. Jack Power 6. Kepala ICSP 7. Tombol reset
Gambar 2.8 Arduino UNO R3 (Sumber : (Santoso, 2015) )
Daya Arduino UNO dapat diberikan melalui koneksi USB atau dengan catu daya eksternal / external power supply. Sumber dayanya di pilih secara otomatis.
Selain itu, Daya Eksternal (non-USB) dapat melalui sebuah AC to DC adapter atau baterai. Arduino UNO board dapat beroperasi pada sebuah tegangan eksternal dari 6 – 20 Volt. Jika pin 5V pada arduino diberi tegangan kurang dari + 5 Volt, maka board arduino menjadi tidak stabil. Tetapi jika di beri tegangan lebih dari 12 Volt, maka regulator akan menerima panas yang berlebihan dan dapat merusak papan arduino UNO. Oleh karena itu dianjurkan tegangan dari 7 – 12 Volt. (Koswata, 2015)
Berikut ini beberapa pin yang terletak pada power pin dari arduino UNO :
1. Pin VIN. Tegangan input ke Arduino board ketika menggunakan sumber daya eksternal, dapat menyediakan tegangan melalui pin ini, atau, jika memasok tegangan melalui colokan listrik, aksesnya melalui pin ini.
2. Pin 5V. Pin output 5V ini diatur oleh regulator di papan arduino. Papan arduino dapat di beri tegangan dengan daya dari : colokkan listrik (7 – 12 V), konektor USB (5V) atau pin VIN pada papan arduino (7 – 12 V). Direkomendasikan jangan menyediakan tegangan melalui pin 5V atau pin 3.3V dengan melewati regulator, sebab dapat merusak papan Arduino. 3. Pin 3V3 atau 3.3V. Sebuah pin tegangan 3,3 Volt yang dihasilkan oleh
regulator on-board. Arus maksimum adalah sebesar 50 mA. 4. Pin GND. Pin Ground.
5. Pin IOREF. Pin ini menyediakan tegangan referensi ketika mikrokontroler beroperasi. Sebuah Shield yang dikonfigurasi dengan benar dapat membaca pin tegangan IOREF dan dapat memilih sumber daya yang sesuai atau dengan mengaktifkan penerjemah tegangan pada output untuk bekerja dengan tegangan 5V atau 3.3V.
Masing-masing dari 14 pin digital di UNO dapat digunakan sebagai input atau output, dengan menggunakan fungsi : pinMode(), digitalWrite(), dan digitalRead(). Setiap pin, beroperasi pada tegangan 5 volt serta dapat memberikan atau menerima maksimum 40 mA dan memiliki resistor pull-up internal dari 20-50 kΩ. Selain itu, beberapa pin memiliki spesialisasi fungsi sebagai berikut:
a. Serial: 0 (RX) dan 1 (TX). Digunakan untuk menerima (RX) dan mengirimkan (TX) TTL data serial. Pin ini terhubung ke pin yang sesuai dari ATmega8U2 USB-toTTL Serial Chip.
b. Interupsi Eksternal : pin 2 dan 3 dapat dikonfigurasi untuk memicu interrupt pada nilai yang rendah, naik atau jatuh maupun perubahan nilai. c. PWM : pin digital 3, 5, 6, 9, 10, dan 11 menyediakan 8-bit PWM keluaran
dengan fungsi analogWrite().
d. SPI : pin 10 (SS), pin 11 (MOSI), pin 12 (MISO), dan pin 13 (SCK). Pin ini mendukung komunikasi SPI menggunakan SPI library.
e. LED : terdapat built-in LED yang terhubung ke pin digital 13. Ketika pin ini ON (HIGH), maka LED menyala. Sedangkan ketika pin ini OFF (LOW), maka LED itu off.
Arduino UNO memiliki 6 buah input analog dari A0 hingga A5, yang masing-masing menyediakan 10 bit resolusi (yaitu 1024 nilai yang berbeda). Secara default mengukur dari ground sampai 5 volt, meskipun mungkin untuk mengubah ujung atas jangkauan UNO menggunakan pin AREF dan fungsi analogReference().
3. Sensor Suhu LM35
Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. Sensor Suhu LM35 yang dipakai dalam penelitian ini berupa komponen elektronika elektronika yang diproduksi oleh National Semiconductor. LM35 memiliki keakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain, LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kendali khusus serta tidak memerlukan penyetelan lanjutan.
Meskipun tegangan sensor ini dapat mencapai 30 volt akan tetapi yang diberikan kesensor adalah sebesar 5 volt, sehingga dapat digunakan dengan catu daya tunggal dengan ketentuan bahwa LM35 hanya membutuhkan arus
sebesar 60 µA hal ini berarti LM35 mempunyai kemampuan menghasilkan panas (self-heating) dari sensor yang dapat menyebabkan kesalahan pembacaan yang rendah yaitu kurang dari 0,5 ºC pada suhu 25 ºC
Karakteristik Sensor LM35.
1. Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10 mVolt/ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.
2. Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu 25 ºC seperti terlihat pada gambar 2.2.
3. Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC. 4. Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt.
5. Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µA.
6. Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 ºC pada udara diam.
7. Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA 8. Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC.
Spesifikasi Sensor suhu LM35 sebagai berikut : 1. Vcc
2. Analog Out 3. Gnd
4. Lcd 16x2
LCD (Liquid Crystal Display) adalah suatu jenis media tampil yang menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. Aplikasi yang sudah diterapkan pada alat–alat elektronik seperti televisi, kalkulator, AC, atau pun layar komputer.
Fungsinya sebagai penampil yang nantinya akan digunakan untuk menampilkan status kerja alat untuk sistem pemantauan. Jenis dari perangkat ini ada yang dan pada postingan ini akan dibahas tentang Tutorial Arduino mengakses LCD 16×2 dengan mudah.
Fitur Lcd 16x2 sebagai berikut : 1. Terdiri dari 16 karakter dan 2 baris. 2. Mempunyai 192 karakter tersimpan. 3. Terdapat karakter generator terprogram. 4. Dapat dialamati dengan mode 4-bit dan 8-bit. 5. Dilengkapi dengan back light.
Pin-pin Lcd 16x2 dan keterangannya : 1. GND : catu daya 0Vdc
2. VCC : catu daya positif
3. Constrate : untuk kontras tulisan pada LCD 4. RS (Register Select) :
High : untuk mengirim data Low : untuk mengirim instruksi 5. R/W (Read/Write)
High : mengirim data Low : mengirim instruksi
Dihubungkan dengan LOW untuk pengiriman data ke layar
6. E (enable) : untuk mengontrol ke LCD ketika bernilai LOW, LCD tidak dapat diakses
7. D0 – D7 = Data Bus 0 – 7
8. Backlight + : dihubungkan ke VCC untuk menyalakan lampu latar 9. Backlight – : dihubungkan ke GND untuk menyalakan lampu latar
Gambar 2.10 Lcd 16x2 (Sumber : (Santoso, 2015))
5. Beardboard
BreadBoard adalah dasar konstruksi sebuah sirkuit elektronik dan merupakan prototipe dari suatu rangkaian elektronik. Breadboard banyak digunakan untuk merangkai komponen, karena dengan menggunakan breadboard, pembuatan prototipe tidak memerlukan proses menyolder ( langsung tancap ). Karena sifatnya yang solderless alias tidak memerlukan solder sehingga dapat digunakan kembali dan dengan demikian sangat cocok digunakan pada tahapan proses pembuatan prototipe serta membantu dalam berkreasi dalam desain sirkuit elektronika.Berbagai sistem elektronik dapat di modelkan dengan menggunakan breadboard, mulai dari sirkuit analog dan digital kecil sampai membuat unit pengolahan terpusat (CPU). Secara umum breadbord memiliki jalur seperti berikut ini :
Gambar 2.11 Beardboard (Sumber : (Santoso, 2015))
6. Buzzer
Buzzer adalah sebuah komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah getaran listrik menjadi getaran suara. Pada dasarnya prinsip kerja buzzer hampir sama dengan loud speaker, jadi buzzer juga terdiri dari kumparan yang terpasang pada diafragma dan kemudian kumparan tersebut dialiri arus sehingga menjadi elektromagnet, kumparan tadi akan tertarik ke dalam atau keluar, tergantung dari arah arus dan polaritas magnetnya, karena kumparan dipasang pada diafragma maka setiap gerakan kumparan akan menggerakkan diafragma secara bolak-balik sehingga membuat udara bergetar yang akan menghasilkan suara. Buzzer biasa digunakan sebagai indikator bahwa proses telah selesai atau terjadi suatu kesalahan pada sebuah alat (alarm).
7. Jumper
Kabel jumper adalah komponen yang wajib ada saat belajar rangkaian elektronika dan komponen penghubung rangkaian Arduino dengan breadboard. Hal-hal yang jadi masalah pada kabel jumper antara lain jumlahnya tidak punya banyak atau kabel jumper gampang rusak karena saat beli kualitas tidak diperhitungkan.
Kabel jumper memang banyak dijual dengan harga tertentu tergantung dengan kualitasnya, tetapi kabel jumper juga bisa dibuat sendiri dengan harga modal yang lebih murah dan menghasilkan jumlah kabel yang banyak meski tampilan berbeda dengan buatan pabrik. Tapi setidaknya secara fungsi, kabel jumper buatan sendiri masih akan berfungsi sebagaimana mestinya.
Gambar 2.13 Kabel Jumper (Sumber : (Santoso, 2015))
8. Relay
Relay ini merupakan Relay 5V dengan 2 channel output. Dapat digunakan sebagai saklar elektronik untuk mengendalikan perangkat listrik yang memerlukan tegangan dan arus yang besar. Kompatible dengan semua mikrokontroler (khususnya Arduino, 8051, 8535, AVR, PIC, DSP, ARM, ARM, MSP430, TTL logic) maupun Raspberry Pi .
Relay 2 Channel ini memerlukan arus sebesar sekurang-kurangnya 15-20mA untuk mengontrol masing-masing channel. Disertai dengan relay high-current sehingga dapat menghubungkan perangkat dengan AC250V 10A. Jika Anda menggunakan mikrokontroler dengan tegangan kerja 3.3V, Anda tetap dapat menggunakan Relay 2 channel ini dengan cara :
1. Lepas jumper JD-VCC
2. Hubungkan JD-VCC dengan external power 5V lainnya. Spesifikasi :
1. Jumlah Relay: 2
2. Sinyal kontrol: Tingkat TTL (AKTIF LOW)
3. Nilai beban: 10A 250VAC, 10A 30VDC, 10A 125VAC, 10A 28VDC 4. Hubungi waktu tindakan: 10ms / 5ms
5. Indikator LED untuk setiap saluran 6. Relay ukuran: 51 x 41 mm
Gambar 2.14 Relay 2 channel (Sumber : (Angger, Editha, & Adharul, 2017))