RANCANG BANGUN PENGUKUR KAPASITAS RUANGAN DAN PENDETEKSI SUHU TUBUH BERBASIS
MIKROKONTROLLER ATMEGA328 DENGAN PENAMPIL PADA SMARTPHONE ANDROID
LAPORAN TUGAS AKHIR
HERTIKA HANDAYANI MARBUN 182408049
PROGRAM STUDI D-3 FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2021
RANCANG BANGUN PENGUKUR KAPASITAS RUANGAN DAN PENDETEKSI SUHU TUBUH BERBASIS
MIKROKONTROLLER ATMEGA328 DENGAN PENAMPIL PADA SMARTPHONE ANDROID
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Melengkapi Tugas dan Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Ahli Madya
HERTIKA HANDAYANI MARBUN 182408049
PROGRAM STUDI D-3 FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2021
PERNYATAAN ORISINALITAS
RANCANG BANGUN PENGUKUR KAPASITAS RUANGAN DAN PENDETEKSI SUHU TUBUH BERBASISMIKROKONTROLLER ATMEGA328 DENGAN PENAMPIL PADA SMARTPHONE ANDROID
LAPORAN TUGAS AKHIR
Saya menyatakan bahwa laporan tugas akhir ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, 16 Juli 2021
Hertika Handayani Marbun 182408049
RANCANG BANGUN PENGUKUR KAPASITAS RUANGAN DAN PENDETEKSI SUHU TUBUH BERBASIS
MIKROKONTROLLER ATMEGA328 DENGAN PENAMPIL PADA SMARTPHONE ANDROID
ABSTRAK
Pada perancangan alat pengukur kapasitas ruangan dan pendeteksi suhu tubuh berbasis mikrokontroller atmega328 dengan penampil pada smartphone android telah berhasil dilakukan. Kedua sensor ultrasonik HC-SR04 digunakan mengukur kapasitas ruangan untuk mengetahui jumlah orang yang masuk maupun yang keluar, serta kapasitas pada ruangan dibatasi agar menerapkan pencegahan penyebaran Covid 19 untuk menjaga jarak kontak fisik dengan orang lain. Kemudian pada alat ini juga menggunakan sensor MLX90614 untuk mendeteksi suhu tubuh setiap orang yang mau masuk dengan ketentuan suhu dibawah 380C, ketika kedua sensor telah bekerja sesuai fungsinya maka palang pintu dapat terbuka. Adapun hasil data yang di dapatkan pada setiap sensor tersebut akan dikirim ke mikrokontroller sebagai pusat kendali pada suatu sistem sehingga dapat ditampilkan pada LCD dan menggunakan perangkat tambahan yaitu esp8266 sebagai modul komunikasi wifi, sehingga seseorang dapat lebih efisien mengamati secara jarak jauh jumlah setiap orang pada ruangan maupun suhu tubuh setiap orang yang mau masuk. Sehingga dari alat tersebut disimpulkan bahwa alat bekerja dengan baik, dan sensor MLX90614 telah dilakukan perbandingan dengan alat standar yaitu thermogun dengan data yang didapat cukup akurat. Adapun hasil data suhu sampel pada sensor yaitu:
(A)35,10C, (B)36,20C, (C)35,90C, (D)35,10C, (E)35,30C Sedangkan hasil data pada thermogun yaitu: (A)35,90C, (B)36,90C, (C)36,70C, (D)35,80C, (E) 36,10C.
Kata kunci: Mikrokontroller, Pencegahan Covid 19, Sensor UltrasonikHCSR04, Sensor MLX90614, Wifi (esp8266)
DESIGN AND BUILDING OF ROOM CAPACITY MEASURERS AND TEMPERATURE DETECTION BASED ON ATMEGA
MICROCONTROLLER328 WITH A VIEWER AN ANDROID SMARTPHONE
ABSTRACT
The design of a room capacity measuring device and a body temperature detector based on an ATmega328 microcontroller with a viewer on an Android smartphone has been successfully carried out. The two ultrasonic sensors HC- SR04 are used to measure the capacity of the room to determine the number of people entering and leaving, and the capacity in the room is limited to implement the prevention of the spread of Covid 19 to maintain physical contact distance with other people. Then this tool also uses the MLX90614 sensor to detect the body temperature of everyone who wants to enter with the temperature conditions below 380C, when both sensors have worked according to their functions, the doorstop can be opened. The results of the data obtained on each sensor will be sent to the microcontroller as a control center on a system so that it can be displayed on the LCD and using an additional device, namely esp8266 as a wifi communication module, so that one can more efficiently observe remotely the number of people in the room. as well as the body temperature of everyone who wants to enter. So from the tool it is concluded that the tool works well, and the MLX90614 sensor has been compared with a standard tool, namely a thermogun with the data obtained is quite accurate. The results of the sample temperature data on the sensor are: (A)35,10C, (B)36,20C, (C)35,90C, (D)35,10C, (E)35,30C While the data on the thermogun are: (A)35,90C, (B)36,90C, (C)36,70C, (D)35,80C, (E) 36,10C.
Keywords: Microcontroller, Covid 19 Prevention, Ultrasonic Sensor HCSR04, Sensor MLX90614, Wifi (esp8266)
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, dengan limpahan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir ini dengan judul Rancang Bangun Pengukur Kapasitas Ruangan dan Pendeteksi Suhu Tubuh Berbasis Mikrokontroller ATMega328 Dengan Penampil pada Smartphone Android sesuai waktu yang telah ditetapkan.
Ucapan terimakasih penulis sampaikan kepada berbagai pihak yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan laporan tugas akhir ini yaitu Kepada:
1. Ibu Dr. Nursahara Pasaribu, M.Sc, selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Drs.Takdir Tamba,M.Eng.Sc selaku Ketua Program Studi D-III Fisika Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Azhari, S.Pd., M.Si selaku Dosen Pembimbing yang telah membimbing dan mengarahkan Kepada Penulis dalam menyelesaikan Laporan Tugas Akhir.
4. Seluruh Dosen dan Karyawan Program Studi D3 Fisika Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
5. Orangtua tercinta yang telah memberikan bantuan berupa dukungan moral dan material yang sangat membantu dalam menyelesaikan Laporan Tugas Akhir.
6. Senior kami Fathurrahman Algozi yang telah memberikan bantuan berupa Ilmu dan Motivasi dalam menyelesaikan Laporan Tugas Akhir.
7. Teman dekat saya Christine Intan Hutajulu, Ratih Sitanggang, Nina Katarina Ginting, Agnes Aritonang, Ester Lumbantoruan, Rispa Togatorop, Redawati Berutu dan lain-lain.
8. Rekan D-III Fisika Instrumentasi yang mendukung penulis dalam menyelesaikan Laporan Tugas Akhir.
Semoga Tuhan Yang Maha Esa senantiasa membalas semua kebaikan yang telah diberikan. Penulis sadar bahwa laporan ini belum sempurna dan masih banyak hal yang dapat diperbaiki. Kritik dan saran dari semua pihak sangat membantu penulis untuk pengembangan lebih lanjut dan semoga Laporan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis umumnya kepada para pembaca.
Medan, 16 Juli 2021
Hertika Handayani Marbun
DAFTAR ISI
PENGESAHAN LAPORAN TUGAS AKHIR ... i
ABSTRAK ... ii
ABSTRACT ... iii
PENGHARGAAN ... iv
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ... vii
DAFTAR TABEL ... viii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 3
1.3 Batasan Masalah ... 3
1.4 Tujuan ... 3
1.5 Sistematika Penulisan ... 4
BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Mikrokontroller ... 5
2.1.1 Fitur Mikrokontroler atmega328 ... 6
2.1.2 Konfigurasi pin atmega328 ... 7
2.1.3 Konstruksi mikrokontroler atmega328 ... 11
2.1.4 Spesifikasi mikrokontroler atmega328 ... 12
2.1.5 Bahasa pemograman arduino ... 14
2.2 Sensor Ultrasonik (HC-SR04) ... 15
2.3 Sensor Suhu MLX90614 ... 18
2.3.1 Prinsip kerja sensor MLX90614 ... 20
2.3.2 Fitur dan kelebihan dari MLX90614 ... 20
2.4 LCD (Liquid Crystal Display) ... 21
2.4.1 Pengendali/kontroler LCD ... 22
2.5 Motor Servo ... 26
2.5.1 Prinsip kerja motor servo ... 26
2.6 Buzzer ... 27
2.6.1 Spesifikasi buzzer ... 28
2.6.2 Fungsi buzzer ... 28
2.6.3 Prinsip kerja buzzer ... 28
2.6.4 Jenis-jenis buzzer... 29
2.7 Power Supply ... 29
2.8 Android ... 31
2.8.1 Modul Esp8266 ... 31
BAB III PERANCANGAN SISTEM 3.1 Diagram blok sistem dan cara kerja sistem ... 33
3.2 Perancangan Komponen ... 34
3.2.1 Perancangan rangkaian mikrokontroler atmega328 ... 34
3.2.2 Perancangan rangkaian power supply ... 34
3.2.3 Perancangan atmega328 dengan sensor HC-SR04 ... 35
3.2.4 Perancangan atmega328 dengan sensor MLX90614 ... 35
3.2.5 Perancangan atmega328 dengan LCD ... 36
3.2.6 Perancangan atmega328 dengan motor servo ... 37
3.2.7 Perancangan atmega328 dengan buzzer ... 37
3.2.8 Perancangan rangkaian keseluruhan alat ... 38
3.3 Perancangan dan Pembuatan PCB ... 39
3.3.1 Tahap perancangan pembuatan PCB ... 39
3.3.2 Pemeriksaan dan perbaikan PCB ... 41
3.3.3 Penyolderan komponen... 41
3.3.4 Flowchart ... 41
3.4 Pengujian Komponen ... 43
3.4.1 Pengujian mikrokontroler atmega328 ... 43
3.4.2 Pengujian rangkaian supply regulator ... 43
3.4.3 Pengujian rangkaian LCD ... 44
3.4.4 Pengujian buzzer ... 45
3.4.5 Pengujian sensor ultrasonik HC-SR04 ... 46
3.4.6 Pengujian sensor suhu MLX90614 ... 47
3.4.7 Pengujian sistem keseluruhan ... 49
3.4.8 Pengujian Tampilan Android ... 53
BAB IV PEMBAHASAN HASIL PENGUKURAN 4.1 Analisis Hasil Pengukuran ... 56
4.2 Pengukuran Ralat Kalibrasi ... 56
4.3 Gambar Fisik Alat ... 59
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 60
5.2 Saran ... 60 DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Konfigurasi pin atmega328 ... 7
Gambar 2.2 Sensor ultrasonik HC-SR04 ... 16
Gambar 2.3 Cara kerja sensor ultrasonik ... 16
Gambar 2.4 Sistem pewaktu pada sensor HC-SR04... 17
Gambar 2.5 Sensor suhu MLX90614 ... 19
Gambar 2.6 LCD (Liquid Crystal Display) ... 21
Gambar 2.7 Konfigurasi pin LCD ... 24
Gambar 2.8 Bentuk buzzer dan simbol buzzer ... 28
Gambar 2.9 Modul esp8266 ... ...31
Gambar 3.1 Diagram blok sistem ... 33
Gambar 3.2 Rangkaian mikrokontroler atmega328 ... 34
Gambar 3.3 Rangkaian power supply ... 35
Gambar 3.4 Rangkaian atmega328 dengan HC-SR04 ... 35
Gambar 3.5 Rangkaian atmega328 dengan MLX90614 ... 36
Gambar 3.6 Rangkaian atmega328 dengan LCD ... 36
Gambar 3.7 Rangkaian atmega328 dengan motor servo ... 37
Gambar 3.8 Rangkaian atmega328 dengan buzzer... 38
Gambar 3.9 Rangkaian keseluruhan sistem ... 39
Gambar 3.10 Rangkaian pcb pada eagle ... 40
Gambar 3.11 Layout pada pcb... 40
Gambar 3.12 Flowchart sistem ... 42
Gambar 3.13 Hasil pengujian mikrokontroler atmega328 ... 43
Gambar 3.14 Hasil pengujian rangkaian regulator ... 44
Gambar 3.15 Hasil pengujian LCD ... 45
Gambar 3.16 Pengujian ke smartphone ... ...54
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Operasi dasar LCD ... 24
Tabel 2.2 Konfigurasi pin LCD ... 24
Tabel 2.3 Konfigurasi LCD ... 25
Tabel 3.1 Hasil pengujian rangkaian regulator... 42
Tabel 3.2 Hasil Pengujian pada buzzer ... 44
Tabel 3.3 Hasil pengujian pada sensor HC-SR04 ... 46
Tabel 3.4 Hasil pengujian sensor suhu MLX90614 ... 47
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Ruangan merupakan salah satu tempat yang digunakan setiap orang dalam melakukan aktivitas atau dalam mengerjakan sesuatu yang dimana adanya hubungan interaksi antar satu sama lain contohnya seperti pada ruang kelas kuliah, ruangan seminar ataupun lainnya. Akan tetapi ruangan saat ini sangat berkurang digunakan terutama untuk para pelajar maupun mahasiswa sebab adanya suatu wabah kasus Corona Virus Disease 2019 (Covid 19) di Indonesia yang terjadi dari tahun 2020 sampai sekarang sehingga kapasitas ruangan saat ini maksimum diperbolehkan hanya 50 % dari kapasitas yang ada.
Covid 19 merupakan penyakit yang hampir terjadi di berbagai dunia terutama di Indonesia, sehingga kebijakan pemerintah di Indonesia mengatur adanya suatu lockdown ataupun physical distancing di berbagai kota untuk membantu dalam pencegahan virus corona dan melakukan sistem kegiatan secara online di rumah masing-masing (Prabowo, dkk, 2018).
Begitu banyaknya dampak yang timbul akibat Covid 19 terhadap berbagai aspek kehidupan masyarakat mulai dari terganggunya ekonomi, terganggunya aktivitas sosial kemasyarakatan serta menghentikan sistem pembelajaran di sekolah atau perkuliahan secara tatap muka dengan menetapkan pembelajaran secara online. Oleh karena itu pemerintah mengubah kebijakan kembali dengan melakukan sistem New Normal yang dimana setiap orang dapat diberikan akses melakukan kegiatan secara aktif kembali dengan adanya batasan dan harus menetapkan physical distancing untuk menghindari kerumunan setiap orang serta mematuhi protokol kesehatan dalam pencegahan virus Corona.
Penanganan Covid 19 dengan sistem physical distancing ini diwujudkan agar setiap masyarakat mampu mengikuti dan melaksanakan kebijakan tersebut dengan baik sesuai dengan kapasitas dan perannya (Herdiana, D, 2020).
Sinuhaji (2018) berhasil merancang suatu sistem dalam menghitung jumlah orang yang masuk pada ruangan perpustakaan dengan pemanfaatan teknologi Quick Respone Code, mikrokontroller Atmega328, Code Vision AVR berbasis android sehingga petugas perpustakaan dapat mengetahui banyaknya
pengunjung setiap harinya ke perpustakaan dan membatasi jumlah orang yang masuk agar mengurangi terjadinya ketidaknyamanan maupun kebisingan pada ruangan tersebut.
Perkembangan teknologi saat ini sudah begitu canggih masyarakat memiliki berbagai ide ataupun cara dalam pencegahan covid 19 yaitu salah satunya penulis membuat rancangan pada suatu ruangan kelas dengan mengukur kapasitas orang yang bisa masuk dengan ketentuan jumlah orang yang telah dibatasi, guna untuk menjaga physical distancing satu sama lain serta bersamaan mendeteksi suhu tubuh setiap orang yang mau masuk pada ruangan tersebut, ini lebih dikaitkan untuk sistem pembelajaran para mahasiswa agar lebih aktif kembali secara tatap muka pada ruang kelas untuk mengurangi sistem pembelajaran secara online. Konsep kerja pembuatan sistem ini memakai sensor ultrasonik HC-SR04 yang membantu untuk mengetahui setiap orang yang masuk dan keluar kemudian dikontrol batas kapasitas orang yang masuk pada ruangan, ultrasonik HC-SR04 mengirimkan data ke mikrokontroller untuk memproses berapa orang yang telah masuk. Mikrokontroller yang dipakai adalah Atmega328. Kemudian sensor yang dipakai juga adalah sensor MLX90614 untuk mendeteksi suhu tubuh setiap orang yang mau masuk dan akan dikirim ke mikrokontroller untuk di proses. Output yang dihasilkan akan ditampilkan pada LCD berupa jumlah kedatangan setiap orang yang masuk serta tampilan suhu tubuh seseorang yang telah terdeteksi. Sensor MLX90614 dapat mendeteksi suhu objek hingga jarak 5 cm, sehingga jika semakin jauh jarak antar objek yang dideteksi hasil suhu yang didapatkan akan kurang akurat.
Kemudian pada perancangan alat ini juga menambahkan penampil pada smartphone android menggunakan esp8266 yang sudah terhubung komunikasi Wifi yang gunanya agar setiap orang dapat lebih mudah mengetahui secara jarak jauh berapa orang yang telah masuk pada ruangan tersebut sesuai ketentuan kapasitas orang yang dibatasi dan mengetahui suhu tubuh seseorang, sehingga dimonitoring dalam jarak jauh yang telah terhubung internet pada smartphone.
Oleh karena itu, judul dari tugas akhir ini adalah “RANCANG BANGUN PENGUKUR KAPASITAS RUANGAN DAN PENDETEKSI SUHU TUBUH
BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA328 DENGAN PENAMPIL PADA SMARTPHONE ANDROID”.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang tersebut maka dapat dirumuskan masalah sebagai berikut:
1. Bagaimana sistem kerja sensor ultrasonik HC-SR04 sebagai prototype pendeteksi kedatangan seseorang pada ruangan?
2. Bagaimana membatasi kapasitas orang yang masuk upaya menjaga physical distancing di ruangan?
3. Apakah sensor MLX90614 dapat digunakan untuk mendeteksi suhu tubuh manusia?
1.3 Batasan Masalah
Mengingat pembahasan dalam perancangan alat yang dibuat dapat meluas maka penulis mempunyai batasan masalah sebagai berikut:
1. Menggunakan sensor ultrasonik HC-SR04 sebagai prototype dalam mendeteksi kedatangan seseorang dalam menghitung jumlah orang yang masuk maupun yang keluar pada ruangan.
2. Dalam mengatur kapasitas yang dibatasi pada ruangan dikendalikan melalui mikrokontroller untuk dijalankan melalui instruksi atau program yang telah dirancang.
3. Sensor MLX90614 berfungsi sebagai pendeteksi suhu pada tubuh seseorang yang ditangkap melalui sinar inframerah.
1.4 Tujuan
Adapun tujuan dari Tugas Akhir ini merancang dan membuat suatu instrumentasi yaitu:
1. Untuk memahami sistem kerja sensor ultrasonik HC-SR04 dalam mendeteksi kedatangan seseorang serta menghitung jumlah orang yang masuk maupun yang keluar.
2. Untuk membatasi kapasitas orang yang masuk upaya menjaga physical distancing diruangan agar kegiatan lebif efektif.
3. Untuk mengetahui sensor MLX90614 bekerja dalam mendeteksi suhu tubuh seseorang secara tidak kontak fisik.
1.5 Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah penyusunan laporan serta memahami tentang sistematika kinerja, maka dalam hal ini penulis membuat suatu sistematika penulisan yang terdiri dari:
BAB I:PENDAHULUAN
Bab ini akan membahas mengenai latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan,manfaat,dansistematikapenulisan.
BAB II:LANDASANTEORI
Bab ini merupakan landasan teori yang membahas tentang teori-teori yang mendukung dalam penyelesaian masalah.
BAB III:PERANCANGAN SISTEM
Bab ini membahas tentang perancangan prototipe alat, pembuatan rangkaian prototipe, blok diagram, pengukuran dan cara kerja rangkaian yang dapat menghasilkan Rancang Bangun Pengukur Kapasitas Ruangan dan Pendeteksi Suhu Tubuh Berbasis Mikrokontroller ATmega328 dengan Penampil Android.
BAB IV : PEMBAHASAN HASIL PENGUKURAN
Bab ini akan membahas hasil analisa dari rangkaian dan sistem kerja alat, penjelasan mengenai program-program yang digunakan untuk mengaktifkan rangkaian, penjelasan mengenai program yang diisikan ke mikrokontroller.
BABV: PENUTUP
Sebagai bab terakhir penulis akan menjelaskan tentang kesimpulan dari pengujian dan saran masukan untuk mengembangkan dan melengkapi sistem yang sudah dibangun untuk masa yang mendatang.
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Mikrokontroller
Mikrokontroller adalah salah satu bagian dasar dari suatu sistem komputer. Meskipun mempunyai bentuk yang jauh lebih kecil dari suatu komputer pribadi dan komputer mainframe, mikrokontroller dibangun dari elemen-elemen dasar yang sama. Secara sederhana, komputer akan menghasilkan output spesifik berdasarkan inputan yang diterima dan program yang dikerjakan. Seperti umumnya komputer, mikrokontroller adalah alat yang mengerjakan instruksi- instruksi yang diberikan kepadanya. Artinya, bagian terpenting dan utama dari suatu sistem terkomputerisasi adalah program itu sendiri yang dibuat oleh seorang programmer.
Seperti umumnya komputer, mikrokontroller adalah alat yang mengerjakan instruksi-instruksi yang diberikan kepadanya. Artinya, bagian terpenting dan utama dari suatu sistem terkomputerisasi adalah program itu sendiri yang dibuat oleh seorang programmer. Program ini menginstruksikan komputer untuk melakukan jalinan yang panjang dari aksi-aksi sederhana untuk melakukan jalinan yang panjang dari aksi-aksi sederhana untuk melakukan tugas yang lebih kompleks yang diinginkan oleh programmer. Mikrokontroller ada pada perangkat elektronik di sekeliling kita, Misalnya handphone, MP3 player, DVD, televisi, AC, dll. Mikrokontroller juga dipakai untuk keperluan mengendalikan robot. Baik robot mainan, maupun robot industri. Mikrokontroler juga digunakan dalam produk dan alat yang dikendalikan secara otomatis, seperti sistem kontrol mesin, remote control, mesin kantor, peralatan rumah tangga, alat berat, dan mainan.
Mikrokontroller merupakan papan pengembangan yang dipakai pada arduino. Bila kita sebagai pemula ingin mempelajari Arduino maka dapat memilih papan Arduino Uno sebagai sarana pelatihan dalam pemograman.
Arduino Uno menggunakan mikrokontroller ATmega328P. Board ini memiliki 14 pin digital yang dapat digunakan sebagai masukan ataupun keluaran serta 6 masukan analog. Di board ini tersedia koneksi USB, jack untuk sumber tegangan dan header ICSP. Untuk menggunakannya kita tinggal menghubungkan board
tersebut ke komputer melalui kabel USB, menjalankan IDE Arduino dan mulai bereksperimen (Dharmawan, H. A).
Papan Arduino Uno bekerja dengan tegangan masukan 7-12V. Adapun tegangan kerja yang digunakan adalah 5V. Papan ini mengandung 14 pin digital dan 6 diantara pin-pin tersebut dapat bertindak sebagai pin-pin PWM (Pulse Width Modulation), yang memungkinkan untuk mendapatkan isyarat analog di pin digital. PWM berguna misalnya untuk meredupkan LED atau mengatur kecepatan putar motor. Papan ini juga menyediakan 6 pin analog. Hal yang menarik, keenam pin analog ini dapat diperlakukan sebagai pin-pin digital.
Adapun kelebihan dari mikrokontroller adalah sebagai berikut:
1. Penggerak pada mikrokontroller menggunakan bahasa pemrograman assembly dengan berpatokan pada kaidah digital dasar sehingga pengoperasian sistem menjadi sangat mudah dikerjakan sesuai dengan logika sistem.
2. Mikrokontroller tersusun dalam satu chip dimana prosesor, memori, danI/O terintegrasi menjadi satu kesatuan kontrol sistem.
3. Sistem running bersifat berdiri sendiri tanpa tergantung dengan computer Sedangkan parameter komputer hanya digunakan untuk download perintah instruksi atau program.
4. Pada mikrokontroler tersedia fasilitas tambahan untuk pengembangan memori dan I/O yang disesuaikan dengan kebutuhan sistem.
5. Harga untuk memperoleh alat ini lebih murah dan mudah didapat.
2.1.1 Fitur Mikrokontroler ATMega328
ATMega328 merupakan mikrokontroller keluaran dari Atmel yang mempunyai arsitektur RISC (Reduce Instruction Set Computer) dimana setiap proses eksekusi data lebih cepat dari pada arsitektur CISC (Completed Instruction Set Computer). ATMega328 memiliki beberapa fitur antara lain:
ATMega328 memiliki beberapa fitur antara lain:
a. Memiliki 130 macam instruksi yang hampir semuanya dieksekusi dalam satu siklus clock.
b. Memiliki 32 x 8-bit register serba guna.
c. Kecepatan akses mencapai 16 MIPS dengan clock 16 MHz.
d. Memiliki 32 KB Flash memory dan pada Arduino memiliki bootloader.
yang menggunakan 2 KB dari flash memori sebagai bootloader.
e. Memiliki EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 1KB sebagai tempat penyimpanan data semi permanen karena EEPROM tetap dapat menyimpan data meskipun catu daya dimatikan.
f. Memiliki SRAM (Static Random Access Memory) sebesar 2KB.
g. Memiliki pin I/O digital sebanyak 14 pin, 6 pin diantaranya dapat digunakan sebagai pin PWM (Pulse Width Modulation).
h. Memiliki Master/Slave SPI Serial interface.
Mikrokontroller ATmega328 memiliki arsitektur Harvard, yaitu pemisah antara memori untuk kode program dan memori untuk data sehingga dapat memaksimalkan kerja dari mikrokontroller. Instruksi-instruksi dalam memori program dieksekusi dalam satu alur tunggal, dimana pada saat satu instruksi dikerjakan instruksi berikutnya sudah diambil dari memori program. Konsep inilah yang memungkinkan instruksi-instruksi dapat dieksekusi dalam setiap satu siklus clock. Sebanyak 32 x 8-bit register serba guna digunakan untuk mendukung operasi pada ALU (Arithmatic Logic Unit) yang dapat dilakukan dalam satu siklus, sebanyak 6 dari register serbaguna ini dapat digunakan sebagai 3 buah register pointer 16-bit pada mode pengalamatan tidak langsung.
2.1.2 Konfigurasi Pin ATMega328
Berikut ini adalah Konfigurasi Pin ATMega328 dapat dilihat pada gambar 2.1
Gambar 2.1 Konfigurasi Pin ATMega328 (Sumber: eprints.polsri.ac.id)
Mikrokontroller ATMega328 memiliki 28 Pin, masing-masing dari pin tersebut memiliki fungsi yang berbeda-beda baik sebagai port maupun fungsi yang lainnya. Berikut akan dijelaskan fungsi dari setiap masing-masing kaki ATmega8 yaitu sebagai berikut:
- VCC
Merupakan supply tegangan digital.
- GND
Merupakan ground untuk semua komponen yang membutuhkan grounding.
- Port B (PB7...PB0)
Di dalam Port B terdapat XTAL1, XTAL2, TOSC1, TOSC2. Jumlah Port B adalah 8 buah pin, mulai dari pin B.0 sampai dengan B.7. Tiap pin dapat digunakan sebagai input maupun output. Port B merupakan sebuah 8-bit bi- directional I/O dengan internal pull-up resistor.Sebagai input, pin-pin yang terdapat pada port B yang secara eksternal diturunkan, maka akan mengeluarkan arus jika pull-up resistor diaktifkan. Khusus PB6 dapat digunakan sebagai input Kristal (inverting oscillator amplifier) dan input ke rangkaian clock internal, bergantung pada pengaturan Fuse bit yang digunakan untuk memilih sumber clock.
Sedangkan untuk PB7 dapat digunakan sebagai output Kristal (output oscillator amplifier) bergantung pada pengaturan Fuse bit yang digunakan untuk memilih sumber clock. Jika sumber clock yang dipilih dari oscillator internal, PB7 dan PB6 dapat digunakan sebagai I/O atau jika menggunakan Asyncronous Timer/Counter2 maka PB6 dan PB7 (TOSC2 dan TOSC1) digunakan untuk saluran input timer.
- Port C (PC5…PC0)
Port C merupakan sebuah 7-bit bi-directional I/O port yang di dalam masing- masing pin terdapat pull-up resistor. Jumlah pin nya hanya 7 buah mulai dari pin C.0 sampai dengan pin C.6. Sebagai keluaran/output port C memiliki karakteristik yang sama dalam hal menyerap arus (sink) ataupun mengeluarkan arus (source).
- RESET/PC6
Jika RSTDISBL Fuse diprogram, maka PC6 akan berfungsi sebagai pin I/O. Pin ini memiliki karakteristik yang berbeda dengan pin-pin yang terdapat pada port C lainnya. Namun jika RSTDISBL Fuse tidak diprogram, maka pin ini akan berfungsi sebagai input reset. Dan jika level tegangan yang masuk ke pin ini rendah dan pulsa yang ada lebih pendek dari pulsa minimum, maka akan menghasilkan suatu kondisi reset meskipun clock-nya tidak bekerja.
- Port D (PD7…PD0)
Port D merupakan 8-bit bi-directional I/O dengan internal pull-up resistor. Fungsi dari port ini sama dengan port-port yang lain. Hanya saja pada port ini tidak terdapat kegunaan-kegunaan yang lain. Pada port ini hanya berfungsi sebagai masukan dan keluaran saja atau biasa disebut dengan I/O.
- AVcc
Pin ini berfungsi sebagai supply tegangan untuk ADC. Untuk pin ini harus dihubungkan secara terpisah dengan VCC karena pin ini digunakan untuk analog saja. Bahkan jika ADC pada AVR tidak digunakan tetap saja disarankan untuk menghubungkannya secara terpisah dengan VCC.
Jika ADC digunakan, maka AVcc harus dihubungkan ke VCC melalui low pass filter.
- AREF
Merupakan pin referensi jika menggunakan ADC
ATMega328 terdiri dari 3 buah PORT utama yaitu PORTB, PORTC, dan PORTD dengan total pin input/output sebanyak 23 pin. PORT tersebut dapat difungsikan sebagai input/output digital atau difungsikan sebagai peripheral lainnya, berikut penjelasan lengkapnya antara lain:
1. Port B
Port B merupakan jalur data 8 bit yang dapat difungsikan sebagai input/output. Selain itu PORTB juga dapat memiliki fungsi alternatif seperti di bawah ini:
a. ICP1 (PB0), berfungsi sebagai Timer Counter 1 input capture pin.
b. OC1A (PB1), OC1B (PB2) dan OC2 (PB3) dapat difungsikan
sebagai keluaran PWM (Pulse Width Modulation).
c. MOSI (PB3), MISO (PB4), SCK (PB5), SS (PB2) merupakan jalur komunikasi SPI.
d. Selain itu pin ini juga berfungsi sebagai jalur pemograman serial (ISP).
e. TOSC1 (PB6) dan TOSC2 (PB7) dapat difungsikan sebagai sumber clock external untuk timer.
f. XTAL1 (PB6) dan XTAL2 (PB7) merupakan sumber clock utama mikrokontroller.
2. Port C
Port C merupakan jalur data 7 bit yang dapat difungsikan sebagai input/output digital. Fungsi alternatif PORTC antara lain sebagai berikut:
a. ADC6 channel (PC0,PC1,PC2,PC3,PC4,PC5) dengan resolusi sebesar 10 bit. ADC dapat kita gunakan untuk mengubah input yang berupa tegangan analog menjadi data digital.
b. I2C (SDA dan SDL) merupakan salah satu fitur yang terdapat pada PORTC. I2C digunakan untuk komunikasi dengan sensor atau device lain yang memiliki komunikasi data tipe I2C seperti sensor kompas, accelerometer nunchuck.
3. Port D
Port D merupakan jalur data 8 bit yang masing-masing pin-nya juga dapat difungsikan sebagai input/output. Sama seperti Port B dan Port C, Port D juga memiliki fungsi alternatif dibawah ini:
a. USART (TXD dan RXD) merupakan jalur data komunikasi serial dengan level sinyal TTL. Pin TXD berfungsi untuk mengirimkan data serial, sedangkan RXD kebalikannya yaitu sebagai pin yang berfungsi untuk menerima data serial.
b. Interrupt (INT0 dan INT1) merupakan pin dengan fungsi khusus sebagai interupsi hardware. Interupsi biasanya digunakan sebagai selaan dari program, misalkan pada saat program berjalan kemudian terjadi interupsi hardware/software maka program utama akan berhenti dan akan menjalankan program interupsi.
c. XCK dapat difungsikan sebagai sumber clock external untuk USART,
namun kita juga dapat memanfaatkan clock dari CPU, sehingga tidak perlu membutuhkan external clock.
d. T0 dan T1 berfungsi sebagai masukan counter external untuk timer 1 dan timer 0.
e. AIN0 dan AIN1 keduanya merupakan masukan input untuk analog comparator.
2.1.3 Konstruksi Mikrokontroller ATMega328
Mikrokontroller ATmega328 memiliki 3 jenis memori yaitu: memori program, memori data dan memori EEPROM. Ketiganya tersebut memiliki ruang sendiri dan terpisah. Dibawah ini merupakan penjelasan dari 3 jenis memori tersebut:
1. Memori program
ATmega328 memiliki kapasitas memori progam sebesar 8K byte yang terpetakan dari alamat 0x0000 – 0x3FFF dimana masing-masing alamat memiliki lebar data 32 bit. Memori program ini terbagi menjadi 2 bagian yaitu bagian program boot dan bagian program aplikasi.
2. Memori data
Memori data ATmega328 terbagi menjadi 3 bagian yaitu register serba guna, register I/O dan SRAM. ATmega328 memiliki 32 register serba guna, 64 register I/O yang dapat diakses sebagai bagian dari memori RAM (menggunakan instruksi LD atau ST) atau dapat juga diakses sebagai I/O (menggunakan instruksi IN atau OUT), dan 2048 byte memori data SRAM.
3. Memori EEPROM
ATmega328 memiliki memori EEPROM sebesar 1K byte yang terpisah dari memori program maupun memori data. Memori EEPROM ini hanya dapat diakses dengan menggunakan register-register I/O yaitu register EEPROM Address, register EEPROM Data, dan register EEPROM Control. Untuk mengakses memori EEPROM ini diperlakukan seperti mengakses data eksternal, sehingga waktu eksekusinya relatif lebih lama bila dibandingkan dengan mengakses data dari SRAM.
2.1.4 Spesifikasi Mikrokontroller ATMega328
Berikut dibawah ini merupakan spesifikasi yang terdapat pada Mikrokontroller ATMega328:
1. Kinerja tinggi, rendah daya Atmel®AVR® 8-bit Microcontroller.
2. Advanced RISC Architecture
a) 130 Instruksi Powerfull - Kebanyakan Single-jam Siklus Eksekusi.
b) 32 × 8 General Purpose Kerja Register.
c) Operasi Fully Static.
d) Sampai dengan 16MIPS throughput di 16MHz.
e) On-chip 2-siklus Multiplier.
3. Segmen Memory Tinggi Ketahanan Non-volatile
a) 8Kbytes In-System Self-programmable memori program flash.
b) 512bytes EEPROM.
c) SRAM 1Kbyte internal.
d) Menulis / Erase Cycles: 10.000 Flash / 100.000 EEPROM.
e) Data retensi: 20 tahun pada 85 °C / 100 tahun pada 25 °C (1).
f) Opsional Boot Kode Bagian dengan Independent Lock Bits.
g) In-System Programming secara On-chip Program Boot.
h) Benar Operasi Baca-Sementara-Write.
i) Kunci Pemrograman untuk Security Software.
4. Fitur Peripheral
a) Dua 8-bit Timer / Counter dengan Prescaler terpisah, satu Bandingkan Modus.
b) Satu 16-bit Timer / Counter dengan Prescaler terpisah, Bandingkan Mode, dan Tangkap.
c) Mode.
d) Real Time Counter dengan Oscillator terpisah . e) Tiga Saluran PWM.
f) 8-channel ADC di TQFP dan QFN / MLF paket.
g) Delapan Saluran 10-bit Akurasi.
h) 6-channel ADC dalam paket PDIP.
i) Enam Saluran 10-bit Akurasi.
j) Byte berorientasi Dua-kawat Serial Interface. Programmable Serial USART.
k) Programmable Serial USART.
l) Master / Slave SPI Serial Interface.
m) Programmable Watchdog Timer dengan terpisah On-chip Oscillator.
n) On-chip Analog Comparator 5. Fitur Mikrokontroler Khusus
a) Power-on ulang dan Programmable Brown-out Detection.
b) Internal dikalibrasi RC Oscillator.
c) Eksternal dan Sumber Interrupt internal.
d) Lima Mode Sleep: Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Power- down, dan
e) Bersiap.
6. I / O dan Paket
a) 23 Programmable I / O Garis.
b) 28-lead PDIP, 32-lead TQFP, dan 32-pad QFN / MLF.
7. Tegangan Operasi
a) 2.7V -5.5V (ATmega8L).
b) 4.5V -5.5V (ATmega8).
8. Kelas Kecepatan
a) 0 - 8MHz (ATmega8L).
b) 0 - 16MHz (ATmega8).
9. Konsumsi Daya di 4Mhz, 3V, 25°C a) Aktif: 3.6mA.
b) Menganggur Mode: 1.0mA.
c) Power-down Mode: 0.5μA.
ATMega328 adalah mikrokontroller keluarga AVR 8 bit. Beberapa tipe mikrokontroller yang sama dengan ATMega328 ini antara lain ATMega8535, ATMega16, ATMega32. ATMega328 yang membedakan antara mikrokontroller antara lain adalah, ukuran memori, banyaknya GPIO (pin input/output), peripherial (USART, timer, counter, dll). Dari segi ukuran fisik, ATMega328 memiliki ukuran fisik lebih kecil dibandingkan dengan beberapa mikrokontroller
diatas. Namun untuk segi memori dan periperial lainnya ATMega328 tidak kalah dengan yang lainnya karena ukuran memori dan periperialnya relatif sama dengan ATMega8535, ATMega32, hanya saja jumlah GPIO lebih sedikit dibandingkan mikrokontroler diatas (Setiawan, Afrie).
2.1.5 Bahasa pemograman Arduino
Banyak bahasa pemrograman yang biasa digunakan untuk program mikrokontroller, misalnya bahasa assembly. Namun dalam pemrograman Arduino bahasa yang dipakai adalah bahasa C. Bahasa C adalah bahasa yang sangat lazim dipakai sejak awal computer diciptakan dan sangat berperan dalam perkembangan software. Di internet banyak Library Bahasa C untuk Arduino yang bisa didownload dengan gratis. Setiap library Arduino biasanya disertai dengan contoh pemakaiannya, keberadaan library-library ini bukan hanya membantu kita membuat proyek mikrokontroller, tetapi bisa dijadikan sarana untuk mendalami pemrograman Bahasa C pada mikrokontroller. Berikut ini adalah penjelasan mengenai karakter bahasa C dan software Arduino:
a. Struktur :Setiap program Arduino (biasa disebut sketch) mempunyai dua buah fungsi yang harus ada.
Void setup() { }
Semua kode di dalam kurung kuraal akan dijalankan hanya satu kali ketika program Arduino dijalankan untuk pertama kalinya.
Void loop() { }
Fungsi ini akan dijalankan setelah setup (fungsi void setup) selesai.
Setelah dijalankan satu kali fungsi ini akan dijalankan lagi, dan lagi secara terus- menerus sampai catu daya (power) dilepaskan.
b. Syntax : Berikut ini adalah elemen bahasa C yang dibutuhkan untuk format penulisan.
//(komentar satu baris)
/* */(komentar banyak baris)
{ } (kurung kurawal)
; (titik koma)
c. Variabel :Sebuah program secara garis besar dapat didefenisikan sebagai instruksi untuk memindahkan angka dengan cara yang cerdas. Variable inilah yang digunakan untuk memindahkannya. Integer, Long, Boolean, Float, Char, Byte, Unsignt int, Unsign long, Double, String, Array.
d. Operator Matematika :operator yang digunakan untuk memanipulasi angka.
e. Operator Pembanding :digunakan untuk membandingkan nilai logika.
f. Struktur Pengaturan : Program sangat tergantung pada pengaturan apa yang akan dijalankan berikutnya, berikut ini elemen dasar pengaturan: if…else dan for.
g. Digital :
a. PinMode (pin, mode) b. digitalWrite (pin, value) c. digitalRead (pin)
h. Analog : Arduino adalah mesin digital, tetapi mempunyai kemampuan untuk beroperasi di dalam analog.
a. analogWrite (pin, value) b. analogRead (pin)
2.2 Sensor Ultrasonik (HC-SR04)
Gelombang ultrasonik adalah gelombang bunyi yang mempunyai frekuensi sangat tinggi yaitu 20.000 Hz. Bunyi ultrasonik tidak dapat di dengar oleh telinga manusia. Bunyi ultrasonik dapat didengar oleh anjing, kucing, kelelawar, dan lumba-lumba. Bunyi ultrasonik bisa merambat melalui zat padat, cair dan gas. Reflektivitas bunyi ultrasonik di permukaan zat padat hampir sama dengan reflektivitas bunyi ultrasonik di permukaan zat cair. Akan tetapi, gelombang bunyi ultrasonik akan diserap oleh tekstil dan busa.
Sensor ultrasonik HC-SR04 berfungsi untuk mengubah besaran fisis (bunyi) menjadi besaran listrik dan sebaliknya. Sensor ini merupakan sensor ultrasonik siap pakai yang sudah terdiri dari pengirim, penerima, dan pengontrol gelombang ultrasonik. Alat ini bisa digunakan untuk mengukur jarak benda dari 2cm – 4m dengan akurasi 3mm. Alat ini memiliki 4 pin, pin VCC, GND, Trigger, dan Echo. Pin VCC untuk listrik positif dan GND untuk ground-nya.
Pin Trigger untuk trigger keluarnya sinyal dari sensor dan pin Echo untuk menangkap sinyal pantul dari benda. Sensor HC-SR04 dapat dilihat pada gambar 2.2
Gambar 2.2 Sensor Ultrasonik HC-SR04 (Sumber: http://www.andalanelektro.id) Pada sensor ultrasonik, gelombang ultrasonik dibangkitkan melalui sebuah alat yang disebut dengan piezoelektrik dengan frekuensi tertentu.
Piezoelektrik ini akan menghasilkan gelombang ultrasonik (umumnya berfrekuensi 40kHz) ketika sebuah osilator diterapkan pada benda tersebut.
Secara umum, alat ini akan menembakkan gelombang ultrasonik menuju suatu area atau suatu target. Gelombang yang dipancarkan akan merambat sebagai gelombang bunyi dengan kecepatan sekitar 340 m/s. Prinsip pantulan dari sensor ultrasonik ini dapat dilihat pada gambar 2.3
Gambar 2.3 Cara kerja Sensor Ultrasonik (Sumber: http://www.elangsakti.com) Sensor ultrasonik pada umumnya digunakan untuk menentukan jarak sebuah objek. Sensor ultrasonik mempunyai kemampuan mendeteksi objek lebih jauh terutama untuk benda-benda yang keras. Pada benda-benda yang keras yang mempunyai permukaan yang kasar gelombang ini akan dipantulkan lebih kuat dari pada benda yang permukaannya lunak. Tidak seperti pada sensor- sensor lain seperti inframerah atau sensor leser. Sensor ulrasonik ini memiliki jangkauan deteksi yang relative luas. Sehingga dengan demikian untuk jarak deteksi yang didapat tanpa menggunakan pengolahan lanjutan.
Setelah gelombang menyentuh permukaan target, maka target akan memantulkan kembali gelombang tersebut. Kemudian sensor menghitung selisih antara waktu pengiriman gelombang dan waktu gelombang pantul diterima.
Ketika kita ketahui selisih antara waktu pengiriman gelombang dan waktu gelombang pantul diterima, maka dapat dihitung jarak benda berdasarkan rumus berikut:
340 ( m/s) t (s) S = 2
Dimana S merupakan jarak antara sensor ultrasonik dengan benda (bidang pantul), 340 m/s adalah gelombang yang dipancarkan yang merambat sebagai gelombang bunyi dengan kecepatan suara dan t adalah selisih antara waktu pemancaran gelombang oleh transmitter dan waktu ketika gelombang pantul diterima receiver. Agar nilai tersebut dapat terbaca oleh Arduino maka rentang waktu kerjanya harus kita ubah dalam satuan mikrosekon dan satuan jarak bisa kita ubah dalam satuan cm.
Cara menggunakan alat ini yaitu ketika kita memberikan tegangan positif pada pin Trigger selama 10uS, maka sensor akan mengirimkan 8 step sinyal ultrasonik dengan frekuensi 40kHz. Selanjutnya, sinyal akan diterima pada pin Echo. Untuk mengukur jarak benda yang memantulkan sinyal tersebut, maka selisih waktu ketika mengirim dan menerima sinyal digunakan untuk menentukan jarak benda tersebut. Visualisasi dari sinyal yang dikirimkan oleh sensor HC-SR04 dapat dilihat pada gambar 2.4
Gambar 2.4 sistem pewaktu pada sensor HC-SR04 (Sumber: http://www.elangsakti.com)
Proses sensoring yang dilakukan pada sensor ini menggunakan metode pantulan untuk menghitung jarak antara sensor dengan objek sasaran. Jarak antara sensor tersebut dihitung dengan cara mengalikan setengah waktu yang
digunakan oleh sinyal ultrasonik dalam perjalanannya dari rangkaian pengirim (Tx) sampai diterima oleh rangkaian penerima (Rx) dengan kecepatan rambat dari sinyal ultrasonik tersebut pada media rambat yang digunakannya, yaitu udara. Waktu dihitung ketika pemancar aktif dan sampai ada input dari rangkaian penerima dan bila pada melebihi batas waktu tertentu rangkaian penerima tidak ada sinyal input maka dianggap tidak ada halang didepannya.
Spesifikasi dari Sensor Ultrasonik HC-SR04 adalah sebagai berikut:
- Tegangan : 5V DC
- Arus pada Mode Siaga : 30 mA (rata-rata), 50 mA (max) - Frekuensi Kerja : 40 kHz
- Jangkauan Minimum : 2 cm
- Jangkauan Maksimum : 4 m (namun kurang presisi) - Sudut Deteksi : kurang lebih 15 derajat
Sensor ultrasonik pada umumnya digunakan untuk menentukan jarak sebuah objek. Sensor ultrasonik mempunyai kemampuan mendeteksi objek lebih jauh terutama untuk benda-benda yang keras. Tidak seperti pada sensor-sensor lain seperti inframerah atau sensor leser. Sensor ulrasonik ini memiliki jangkauan deteksi yang relative luas. Sehingga dengan demikian untuk jarak deteksi yang didapat tanpa menggunakan pengolahan lanjutan (Oktareza).
2.3 Sensor Suhu MLX90614
Sensor MLX90614 merupakan termometer infra merah yang digunakan mengukur suhu tanpa bersentuhan dengan objek. Sensor ini terdiri dari chip detektor yang peka terhadap suhu berbasis infra merah dan pengondisi sinyal ASSP yang mana terintegrasi dengan TO-39. Sensor ini didukung dengan penguat berderau rendah, ADC 17 bit, unit DSP dan termometer yang memiliki akurasi dan resolusi tinggi. Termometernya terkalibrasi dengan output digital dari PWM dan SMBus. Sebagai standar PWM 10 bit akan menunjukan perubahan suhu yang diukur secara terus menerus dengan jangkauan suhu pada sensor minus 40 hingga 120 derajat Celsius dan jangkauan suhu objek dari -70 hingga 380 derajat Celcius dengan resolusi output 0,14 derajat Celsius.
Berikut merupakan tampilan fisik dari sensor suhu MLX90614 pada Gambar 2.5
Gambar 2.5 Sensor suhu MLX90614 (Sumber: http://www.elektronika.com) Pin PWM dapat digunakan sebagai relai perubahan suhu (To sebagai input), yang mana mudah dan murah digunakan di thermostat atau penggunaan peringatan suhu (membeku atau mendidih). Ambang batas suhu mudah diprogram. Pada SMBus ini, fitur ini dapat berfungsi sebagai interupsi pada prosesor yang dapat memicu pembacaan semua slave pada bus dan menentukan kondisi sebenarnya.
Secara normal, sensor MLX90614 dapat menginderai objek dengan emisitas bernilai 1. Walaupun begitu, sensor ini bisa dikalibrasi dengan mudah untuk menginderai objek dengan emisivitas bernilai 0,1 hingga 1. MLX90614 bisa menggunakan 2 alternatif sumber tegangan yaitu 5V atau baterai 3V.
Adapun pin out dari board MLX90614 adalah:
• VIN : Tegangan supply dari modul
• GND : Sinyal Ground
• SCL : Serial Clock
• SDA : Serial Data
Sensor MLX90614 berfungsi sebagai pendeteksi intensitas radiasi Inframerah yang dipancarkan objek/benda uji. Sensor ini mampu mendeteksi radiasi pada temperatur objek antara - 70 C hingga 380 C. Keluaran dari Sensor ini telah berbentuk digital karena telah ada ADC di dalamnya. Prinsip kerjanya dengan menangkap energi panas yang dihasilkan dari pancaran inframerah yang dimiliki setiap benda kemudian dikonversikan dalam bentuk besaran suhu. Pada sensor ini dapat mengukur suhu tinggi tanpa merusak sistem dan dapat merasakan suhu suatu benda tanpa menyentuh benda tersebut (non-contact).
2.3.1 Prinsip Kerja Sensor MLX90614
Sensor ini bekerja dengan menyerap sinar inframerah yang dipancarkan suatu benda. Karena sensor ini tidak bersentuhan fisik dengan benda yang diukur, maka sensor ini memiliki rentang pengukuran yang luas dari -70°C ke +380°C.
Radiasi infra merah adalah bagian dari spektrum elektromagnetik yang memiliki panjang gelombang dari 0.7 hingga 1000 mikron. Namun Hanya 0.7 – 14 mikron yang dapat digunakan untuk mengukur suhu. Karena intensitas energi inframerah yang dipancarkan suatu benda akan berbanding lurus dengan suhunya. Maka menggunakan sistem optik dan detektor yang canggih, dapat dirancang sebuah sensor yang mampu mengindera radiasi inframerah hanya dengan dengan panjang gelombang pada rentang 0.7 – 14 mikron seperti diaplikasikan pada banyak produk termometer nirsentuh. Detektor fotosensitif yang terdapat dalam sensor akan mengubah energi inframerah menjadi menjadi sinyal listrik yang berbanding lurus dengan suhu objek yang memancarkannya (Sinuhaji, Nirwan).
2.3.2 Fitur dan kelebihan dari MLX90614
• Ukuran kecil, biaya rendah.
• Mudah diintegrasikan.
• Pabrik dikalibrasi dalam kisaran suhu yang luas: -40 hingga 125 ° C untuk suhu sensor dan -70 hingga 380 ° C untuk suhu objek.
• Akurasi tinggi 0,5 ° C pada rentang suhu yang luas (0 .. + 50 C untuk Ta dan To).
• Akurasi medis 0,1 ° C dalam kisaran suhu terbatas tersedia berdasarkan permintaan.
• Resolusi pengukuran 0,01 ° C.
• Versi zona tunggal dan ganda.
• Antarmuka digital yang kompatibel dengan SMBus untuk pembacaan suhu cepat dan membangun jaringan sensor.
• Output PWM yang dapat disesuaikan untuk pembacaan berkelanjutan.
• Tersedia dalam versi 3V dan 5V.
• Adaptasi sederhana untuk aplikasi 8 hingga 16V.
• Mode hemat daya.
• Opsi paket yang berbeda untuk aplikasi dan keserbagunaan pengukuran.
• Kelas otomotif.
2.4 LCD (Liquid Crystal Display)
Display elektronik adalah salah satu komponen elektronika yang berfungsi sebagai tampilan suatu data, baik karakter, huruf ataupun grafik. LCD (Liquid Cristal Display) adalah salah satu jenis display elektronik yang dibuat dengan teknologi CMOS logic yang bekerja dengan tidak menghasilkan cahaya tetapi memantulkan cahaya yang ada di sekelilingnya terhadap front-lit atau mentransmisikan cahaya dari back-lit. LCD (Liquid Cristal Display) berfungsi sebagai penampil data baik dalam bentuk karakter, huruf, angka ataupun grafik.
Penggunaan teknologi LCD atau tampilan kristal cair sudah banyak digunakan pada produk-produk elektronika, seperti layar Laptop, Layar ponsel atau Smartphone, Layar Kalkulator, Layar Jam digital, Layar monitor, Layar Kalkulator, televisi dan masih banyak lagi pengaplikasiaannya dalam dunia elektronika. LCD memanfaatkan silikon atau galium dalam bentuk kristal cair sebagai pemendar cahaya. Pada layar LCD, setiap matriks adalah susunan dua dimensi piksel yang dibagi dalam baris dan kolom. Bentuk LCD (Liquid Crystal Display) dapat dilihat pada gambar 2.6
Gambar 2.6 LCD (Liquid Crystal Display) (Sumber: http://elektronika-dasar.web.id)
LCD adalah lapisan dari campuran organik antara lapisan kaca bening dengan elektroda transparan indium oksida dalam bentuk tampilan seven- segment dan lapisan elektroda pada kaca belakang. Ketika elektroda diaktifkan dengan medan listrik (tegangan), molekul organik yang panjang dan silindris menyesuaikan diri dengan elektroda dari segmen. Lapisan sandwich memiliki polarizer cahaya vertikal depan dan polarizer cahaya horizontal belakang yang
diikuti dengan lapisan reflektor. Cahaya yang dipantulkan tidak dapat melewati molekul-molekul yang telah menyesuaikan diri dan segmen yang diaktifkan terlihat menjadi gelap dan membentuk karakter data yang ingin ditampilkan.
2.4.1 Pengendali / Kontroler LCD (Liquid Cristal Display)
Dalam modul LCD (Liquid Cristal Display) terdapat microcontroller yang berfungsi sebagai pengendali tampilan karakter LCD (Liquid Cristal Display). Microcontroller pada suatu LCD (Liquid Cristal Display) dilengkapi dengan memori dan register. Memori yang digunakan microcontroller internal LCD adalah :
- DDRAM (Display Data Random Access Memory) merupakan memori tempat karakter yang akan ditampilkan berada.
- CGRAM (Character Generator Random Access Memory) merupakan memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter dimana bentuk dari karakter dapat diubah-ubah sesuai dengan keinginan.
- CGROM (Character Generator Read Only Memory) merupakan memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter dimana pola tersebut merupakan karakter dasar yang sudah ditentukan secara permanen oleh pabrikan pembuat LCD (Liquid Cristal Display) tersebut sehingga pengguna tinggal mangambilnya sesuai alamat memorinya dan tidak dapat merubah karakter dasar yang ada dalam CGROM.
Register control yang terdapat dalam suatu LCD diantaranya sebagai berikut:
- Register perintah yaitu register yang berisi perintah-perintah dari mikrokontroler ke panel LCD (Liquid Cristal Display) pada saat proses penulisan data atau tempat status dari panel LCD (Liquid Cristal Display) dapat dibaca pada saat pembacaan data.
- Register data yaitu register untuk menuliskan atau membaca data dari atau ke DDRAM. Penulisan data pada register akan menempatkan data tersebut ke DDRAM sesuai dengan alamat yang telah diatur sebelumnya.
Pin, kaki atau jalur input dan kontrol dalam suatu LCD (Liquid Cristal Display) diantaranya adalah :
- Pin data adalah jalur untuk memberikan data karakter yang ingin
ditampilkan menggunakan LCD (Liquid Cristal Display) dapat dihubungkan dengan bus data dari rangkaian lain seperti mikrokontroller dengan lebar data 8 bit.
- Pin RS (Register Select) berfungsi sebagai indikator atau yang menentukan jenis data yang masuk, apakah data atau perintah.
Logika low menunjukan yang masuk adalah perintah, sedangkan logika high menunjukan data.
- Pin R/W (Read Write) berfungsi sebagai instruksi pada modul jika low tulis data, sedangkan high baca data.
- Pin E (Enable) digunakan untuk memegang data baik masuk atau keluar.
- Pin VLCD berfungsi mengatur kecerahan tampilan (kontras) dimana pin ini dihubungkan dengan trimpot 5 Kohm, jika tidak digunakan dihubungkan ke ground, sedangkan tegangan catu daya ke LCD sebesar 5 Volt.
Keunggulan LCD adalah hanya menarik arus yang kecil (beberapa mikro ampere), sehingga alat atau sistem menjadi portable karena dapat menggunakan catu daya yang kecil. Keunggulan lainnya adalah tampilan yang diperlihatkan dapat dibaca dengan mudah dibawah terang sinar matahari. Dibawah sinar cahaya yang remang-remang atau dalam kondisi gelap, sebuah lampu (berupa LED) harus dipasang dibelakang layar tampilan. LCD yang digunakan adalah jenis LCD yang menampilkan data dengan 2 baris tampilan pada display.
Keuntungan dari LCD ini adalah:
1. Dapat menampilkan karakter ASCII, sehingga dapat memudahkan untuk membuat program tampilan.
2. Mudah dihubungkan dengan port I/O karena hanya menggunakan 8 bit data dan 3 bit kontrol.
3. Ukuran modul yang proporsional.
4. Daya yang digunakan relatif sangat kecil.
Gambar 2.7 Konfigurasi Pin LCD (Sumber: http://elektronika-dasar.web.id)
Operasi dasar pada LCD terdiri dari empat, yaitu instruksi mengakses proses internal, instruksi menulis data, instruksi membaca kondisi sibuk, dan instruksi membaca data. ROM pembangki sebanyak 192 tipe karakter, tiap karakter dengan huruf 5x7 dot matriks. Kapasitas pembangkit RAM 8 tipe karakter (membaca program), maksimum pembacaan 80x8 bit tampilan data.
Perintah utama LCD adalah Display Clear, Cursor Home, Display ON/OFF, Display Character Blink, Cursor Shift, dan Display Shift. Tabel 2.1 menunjukkan operasi dasar LCD.
Tabel 2.1 Operasi dasar LCD
RS R/W Operasi
0 0 Input instruksi ke LCD
0 1 Membaca status flag (DB7) dan alamat counter (DB0 ke DB6)
1 0 Menulis data
1 1 Membaca data
Tabel 2.2 Konfigurasi Pin LCD
No Pin Keterangan Konfigurasi Hubung
1 GND Ground
2 VCC Tegangan +5VDC
3 VEE Ground
4 RS Kendali RS
5 RW Ground
6 E Kendali E/Enable
7 D0 Bit 0
8 D1 Bit 1
9 D2 Bit 2
10 D3 Bit 3
11 D4 Bit 4
12 D5 Bit 5
13 D6 Bit 6
14 D7 Bit 7
15 A Anoda (+5VDC)
16 K Katoda (Ground)
Tabel 2.3 Konfigurasi LCD
Pin Bilangan biner Keterangan
RS 0 Inisialisasi
1 Data
RW 0 Tulis LCD/W (write)
1 Baca LCD/R (read)
E 0 Pintu data terbuka
1 Pintu data tertutup
Liquid Cristal Display (LCD) membutuhkan tegangan dan daya yang kecil sehingga sangat popular untuk aplikasi pada kalkulator, arloji digital, dan instrument elektronik lain seperti Global Positioning System (GPS), baragraph display dan multimeter digital. LCD umumnya dikemas dalam bentuk Dual In Line Package (DIP) dan mempunyai kemampuan untuk menampilkan beberapa kolom dan baris dalam dan baris secara bersamaan digunakan metode Screening.
Metode Screening adalah mengaktifkan daerah perpotongan suatu kolom dan suatu baris secara bergantian dan cepat sehingga seolah-olah aktif semua.
Penggunaan metode ini dimaksudkan untuk menghemat jalur yang digunakan untuk mengaktifkan panel LCD. Saat ini telah dikembangkan berbagai jenis LCD, mulai jenis LCD biasa, Passive Matrix LCD (PMLCD), hingga Think Film Transistor Active (TFT-AMLCD). Kemampuan LCD juga telah ditingkatkan dari yang monokrom hingga yang mampu menampilkan ribuan warna. Selain itu keunggulan pada LCD adalah hanya menarik arus yang kecil (beberapa mikro ampere), sehingga alat atau sistem menjadi portable karena dapat menggunakan catu daya yang kecil (Setiawan, Afrie).
2.5 Motor Servo
Motor servo adalah sebuah motor DC yang dilengkapi rangkaian kendali dengan sistem closed feedback yang terintegrasi dalam motor tersebut. Pada motor servo posisi putaran sumbu (axis) dari motor akan diinformasikan kembali ke rangkaian kontrol yang ada di dalam motor servo. Motor servo disusun dari sebuah motor DC, gearbox, variabel resistor (VR) atau potensiometer dan rangkaian kontrol. Potensiometer berfungsi untuk menentukan batas maksimum putaran sumbu (axis) motor servo. Sedangkan dari sumbu motor servo diatur berdasarkan lebar pulsa yang pada pin kontrol motor servo.
Motor servo merupakan motor yang mampu bekerja dua arah (CW dan CCW) dimana arah dan sudut pergerakan motornya dapat dikendalikan dengan memberikan variasi lebar pulsa (duty cycle) sinyal PWM pada bagian pin kontrolnya.
2.5.1 Prinsip Kerja Motor Servo
Servo dikontrol dengan mengirimkan pulsa listrik dengan lebar variabel, atau biasa disebut Pulse Width Modulation (PWM) melalui kabel kontrol. Ada pulsa minimum, pulsa maksimum, dan tingkat pengulangan. Motor servo biasanya hanya bisa berputar 90° ke arah mana pun dengan total gerakan 180°.
Posisi netral motor didefinisikan sebagai posisi di mana servo memiliki jumlah putaran potensial yang sama di kedua arah searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam.
PWM yang dikirim ke motor akan menentukan posisi poros, dan berdasarkan pada durasi pulsa yang dikirim melalui kabel kontrol maka motor akan berputar ke posisi yang diinginkan. Motor servo diharuskan agar mampu melihat pulsa setiap 20 milidetik (ms), dimana panjang pulsa tersebut akan menentukan seberapa jauh motor berputar. Contohnya, pulsa 1,5ms akan membuat motor berputar ke posisi 90°. Apabila Lebih pendek dari 1.5ms, maka motor akan bergerak berlawanan ke arah jarum jam menuju posisi 0°, dan apabila lebih dari 1.5 ms akan mengubah putaran servo ke arah searah jarum jam menuju posisi 180°. Motor servo biasa digunakan dalam aplikasi di industri, selain itu pada mobil, robot dan sebagainya (Kadir, Abdul).
2.6 Buzzer
Buzzer merupakan sebuah komponen elektronika yang dapat menghasilkan getaran suara berupa gelombang bunyi. Buzzer elektronika akan menghasilkan getaran suara ketika diberikan sejumlah tegangan listrik dengan taraf tertentu sesuai dengan spesifikasi bentuk dan ukuran buzzer elektronika itu sendiri. Pada umumnya, buzzer elektronika ini sering digunakan sebagai alarm karena penggunaannya yang cukup mudah yaitu dengan memberikan tegangan input maka buzzer elektronika akan menghasilkan getaran suara berupa gelombang bunyi yang dapat didengar manusia.
Pada dasarnya, setiap buzzer memerlukan input berupa tegangan listrik yang kemudian diubah menjadi getaran suara atau gelombang bunyi yang memiliki frekuensi berkisar antara 1 - 5 KHz. Jenis buzzer elektronika yang sering digunakan dan ditemukan dalam rangkaian adalah buzzer yang berjenis Piezoelectric (Piezoelectric Buzzer). Hal itu karena Piezoelectric Buzzer memiliki berbagai kelebihan diantaranya yaitu lebih murah, relatif lebih ringan dan lebih mudah penggunaannya ketika diaplikasikan dalam rangkaian elektronika. Buzzer bekerja pada rentang tegangan DC 4V hingga 8V dengan konsumsi arus kecil <30mA. Buzzer menghasilkan sinyal suara dengan kekuatan
≥85dB pada jarak 10cm dan frekuensi resonansi 2300 ± 300 Hz.
Efek Piezoelektrik (Piezoelectric Effect) ditemukan pertama kali oleh dua orang ilmuwan Fisika pada tahun 1880 bernama Pierre Curie dan Jacques Curie yang berasal dari kebangsaan Perancis. Penemuan tersebut kemudian dikembangkan oleh sebuah perusahaan Jepang menjadi Piezoelectric Buzzer dan mulai populer digunakan pada tahun 1970-an. Dalam rangkaian elektronika, piezoelectric buzzer dapat digunakan pada tegangan listrik sebesar 6 volt hingga 12 volt dan dengan tipikal arus sebesar 25 mA. Buzzer yang termasuk dalam keluarga Transduser ini sering disebut juga dengan Beeper. Pada umumnya Buzzer Elektronika memiliki bentuk seperti tabung silinder dengan sebuah lubang kecil di bagian atas dan dua buah pin/kaki di bagian bawah. Berikut bentuk dan simbol Buzzer Elektronika pada gambar 2.8
Gambar 2.8 bentuk buzzer dan simbol buzzer (Sumber: http//www. belajaronline.net)
2.6.1 Spesifikasi Buzzer
spesifikasi komponen buzzer adalah sebagai berikut:
1. Piezoelectric, yaitu berbentuk tabung berwarna hitam yang menjadi sumber keluarnya bunyi.
2. Kaki pin negatif, yaitu kaki buzzer yang pendek untuk dihubungkan ke arus negatif atau GND.
3. Kaki pin positif, yaitu pin kaki buzzer yang panjang dan gunanya untuk dihubungkan ke arus positif atau VCC/5V.
2.6.2 Fungsi Buzzer
Pada dasarnya Buzzer menyerupai loud speaker namun memiliki fungsi- fungsi yang lebih sederhana. Berikut adalah beberapa fungsi buzzer:
- Sebagai bel rumah.
- Alarm pada berbagai peralatan.
- Peringatan mundur pada truk.
- Komponen rangkaian anti maling.
- Indikator suara sebagai tanda bahaya atau yang lainnya.
- Sebagai Timer.
- Dan lain-lain.
2.6.3 Prinsip Kerja Buzzer
Pada dasarnya, prinsip kerja dari buzzer elektronika hampir sama dengan loud speaker dimana buzzer juga terdiri dari kumparan yang terpasang secara diafragma. Ketika kumparan tersebut dialiri listrik maka akan menjadi elektromagnet sehingga mengakibatkan kumparan tertarik ke dalam ataupun ke
luar tergantung dari arah arus dan polaritas magnetnya. Karena kumparan dipasang secara diafragma maka setiap kumparan akan menggerakkan diafragma tersebut secara bolak-balik sehingga membuat udara bergetar yang akan menghasilkan suara. Namun dibandingkan dengan loud speaker, buzzer relatif lebih mudah untuk digerakkan. Sebagai contoh, buzzer dapat langsung diberikan tegangan listrik dengan taraf tertentu untuk dapat menghasilkan suara. Hal ini tentu berbeda dengan loud speaker yang memerlukan rangkaian penguat khusus untuk menggerakkan speaker agar menghasilkan suara yang dapat didengar oleh manusia.
2.6.4 Jenis-jenis Buzzer
Jenis-jenis buzzer pada rangkaian Arduino berdasarkan bunyinya terbagi atas dua, yaitu:
- Active Buzzer, yaitu buzzer yang sudah memiliki suaranya sendiri saat diberikan tegangan listrik. Buzzer aktif Arduino jenis ini seringkali juga disebut buzzer stand alone atau berdiri sendiri.
- Passive Buzzer, yaitu buzzer yang tidak memiliki suara sendiri. Buzzer ini sangat cocok dipadukan dengan Arduino karena kita bisa memprogram tinggi rendah nadanya. Salah satu contohnya adalah speaker (Ferry Putrawansyah).
2.7 Power Supply
Power Supply adalah alat atau perangkat keras yang mampu menyuplai tenaga atau tegangan listrik secara langsung dari sumber tegangan listrik ke tegangan listrik yang lainnya. Power supply biasanya digunakan untuk komputer sebagai penghantar tegangan listrik secara langsung kepada komponen- komponen atau perangkat keras lainnya yang ada di komputer tersebut, seperti harddisk, kipas, motherboard dan lain sebagainya. Power supply memiliki input dari tegangan yang berarus alternating current (AC) dan mengubahnya menjadi arus direct current (DC) lalu menyalurkannya ke berbagai perangkat keras yang ada di komputer kita.
Pada dasarnya Power Supply membutuhkan sumber listrik yang kemudian diubah menjadi energi yang menggerakkan perangkat elektronik.
Sistem kerjanya cukup sederhana yakni dengan mengubah daya 120V ke dalam bentuk aliran dengan daya yang sesuai kebutuhan komponen-komponen tersebut. Karena memang arus direct current (DC)-lah yang dibutuhkan untuk perangkat keras agar dapat beroperasi, direct current biasa disebut juga sebagai arus yang searah sedangkan alternating current merupakan arus yang berlawanan. Salah satu sisi power supply umumnya tersedia kipas yang berguna untuk membuang udara panas dari dalam chasing komputer. Selain itu, pada power supply juga terdapat sebuah port male jenis IEC 60320 C14 yang berfungsi sebagai konektor antara sumber energi listrik dan power supply.
Berdasarkan rancangannya, power supply dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis yaitu:
1. Power supply/catu daya internal: power supply yang dibuat terintegrasi dengan motherboard atau papan rangkaian induk. Contohnya: amplifier, televisi, DVD Player, power supply-nya menyatu dengan motherboard di dalam chasing perangkat tersebut.
2. Power supply/ catu daya eksternal: power supply yang dibuat terpisah dari motherboard perangkat elektroniknya. Contohnya: charger laptop dan charger HP.
Pengertian power supply secara umum dalam sebuah komputer adalah sebagai alat bantu konverter tegangan listrik pada komputer yang dapat mengubah tegangan listrik yang memiliki arus AC ke arus DC sehingga semua hardware yang membutuhkan tegangan listrik yang berarus DC mendapatkan tegangan listrik yang secara langsung diberikan oleh power supply ini. Input daya power supply berupa arus bolak-balik (alternating-current, AC) sehingga Power Supply mengubah AC menjadi arus searah (Direct Current, DC) yang dibutuhkan oleh komputer. Hal ini dilakukan karena hardware komputer hanya dapat beroperasi dengan DC. Selain menyalurkan daya listrik ke komponen komputer, power supply juga menjaga stabilitas arus listrik pada berbagai komponen tersebut (Prabowo, dkk).
