PEMBUATAN ALAT PEMANTAU CUACA MENGGUNAKAN JARINGAN WIFI BERBASIS WEB
SKRIPSI
BERNAT HALOMOAN SILALAHI 160801012
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2021
PEMBUATAN ALAT PEMANTAU CUACA MENGGUNAKAN JARINGAN WIFI BERBASIS WEB
SKRIPSI
DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI TUGAS DAN MEMENUHI SYARAT MENCAPAI GELAR SARJANA SAINS
BERNAT HALOMOAN SILALAHI 160801012
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2021
PERNYATAAN ORISINALITAS
PEMBUATAN ALAT PEMANTAU CUACA MENGGUNAKAN JARINGAN WIFI BERBASIS WEB
SKRIPSI
Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, 22 April 2021
Bernat Halomoan Silalahi NIM.160801012
PEMBUATAN ALAT PEMANTAU CUACA MENGGUNAKAN JARINGAN WIFI BERBASIS WEB
ABSTRAK
Penelitian ini bermaksud untuk merancang dan membangun perangkat pemantau cuaca berbasis web yang diketahui melaluin suhu, kelembaban, kecapatan angin, intensitas cahaya dan rain gauge melalui sensor-sensor yang telah dihubungkan dengan atmega 328. Untuk menghubungkan data hasil sensor yang diolah pada atmega 328 akan dikoneksikan dengan jaringan wifi mode esp 8266, kemudian data akan dikirim ke PC. Agar data dapat dibaca dan dlah digunakan sebuah aplikasi web yaitu browser, dengan memasukkan alamat IP. Percobaan yang dilakukan pada penelitian sebaynayak 8 kali perhari selamat 3 hari, dengan rentang waktu 2 jam Pembuatan alat pemantau cuaca ini dimaksudkan agar setiap orang dapat memantau cuaca disekitar kita. berada.
Kata kunci: Cuaca, suhu ,kelembapan, kecepatan angin , intesitas cahaya dan rain gauge
THE MAKING WEATHER MONITORING TOOLS USING A WEB-BASED WIFI NETWORK
ABSTRACT
This research intends to design and build a web-based weather monitoring device that is known through temperature, humidity, wind speed, light intensity and rain gauge through sensors that have been connected to atmega 328. To connect the sensor data that is processed on atmega 328 will be connected. with a wifi network mode esp 8266, then the data will be sent to the PC. So that the data can be read and used a web application, namely a browser, by entering the IP address. Experiments carried out in the research were 8 times per day safe 3 days, with a time span of 2 hours. The making of this weather monitoring device is intended so that everyone can monitor the weather around us.
Keywords: Weather, temperature, humidity, wind speed, light intensity and rain gauge
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Pemurah dan Maha Penyayang, dengan limpah karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi ini.
Salah satu dari sekian banyak pertolongan-Nya adalah telah digerakkan hati sebagian hamba-Nya untuk membantu dan membimbing penulis dalam menyelesaikan Skripsi ini. Oleh karena itu, penulis menyampaikan penghargaan dan banyak ucapan terimah kasih yang setulus-tulusnya kepada mereka yang telah
memberikan andilnya sampai skripsi ini dapat diselesaikan.
Skripsi dengan judul “Pembuatan alat pemantau cuaca menggunkan jaringan wifi berbasis web” merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains di Jurusan Ilmu Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sumatera Utara. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan baik dari segi sistematika penulisan, maupun dari segi bahasa yang termuat didalamnya. Oleh karena itu, kritik dan saran yang bersifat membangun senantiasa penulis harapkan guna terus menyempurnakannya.
Terimakasih penulis sampaikan kepada berbagai pihak yang ikut membantu dan mendukung dalam penyelesaian skripsi ini. Penulis menyadari bahwa skripsi ini dapat terselesaikan berkat bantuan dari berbagai pihak dengan penuh keikhlasan dan ketulusan hati. Untuk itu pada kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan ucapan terimah kasih kepada:
1. Bapak Junedi Ginting, S.Si., M.Si selaku pembimbing atas motivasi, bimbingan, kritik dan saran selama proses penelitian dan penyelesaian skripsi ini;
2. Terimakasih kepada Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji MS Selaku Ketua Program studi Ilmu Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara atas motivasi, bimbingan, kritik dan saran selama proses penelitian dan penyelesaian skripsi ini;
3. Bapak Awan Magrifah M.Si selaku sekertaris program studi Ilmu Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sumatera
Utara atas motivasi, bimbingan, kritik dan saran selama proses penelitian dan penyelesaian skripsi ini.
4. Bapak Prof. Kerista Sebayang selaku dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara;
5. Ibu Dr. Nursahara Pasaribu, M.Sc selaku wakil dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sumatera Utara;
6. Seluruh staf, dosen dan pegawai program studi Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sumatera Utara;
7. Seluruh rekan-rekan kuliah program studi fisika angkatan 2016 yang telah menjadi tempat bernaung dan berbagi selama masa perkuliahan dan yang telah banyak membantu penulis selama masa studi terlebih pada masa penyusunan dan penyelesaian skripsi ini;
8. Seluruh rekan-rekan kuliah program studi fisika 2016 yang telah menjadi tempat bernaung dan berbagi selama masa perkuliahan dan yang telah banyak membantu penulis selama masa penelitian hingga pada penyelesaian skripsi ini.
9. Untuk ayahanda dan ibu yang selalu memotivasi, mendukung, mendoakan, menasehatkan, memenuhi kebutuhan dan yang selalu menjadi tempat diskusi selama masa penelitian hingga pada penyelesaian skripsi ini;
10. Terimakasih kepada teman-teman saya memberi dorongan dan selalu bersama-sama menjalani dan menyelesaikan penelitian sampai tahap skripsi ini dan yang telah meluangkan banyak waktu untuk penelitian ini;
11. UKM KMK Universitas Sumatera Utara yang telah menjadi tempat berproses untuk menjadi pribadi yang lebih baik selama masa perkuliahan;
Terlalu banyak orang yang berjasa kepada penulis selama menempuh pendidikan di Universitas Sumatera Utara Medan, sehingga tidak sempat dan tidak muat bila dicantumkan semua dalam ruang sekecil ini. Penulis mohon maaf kepada mereka yang namanya tidak sempat tercantum dan kepada mereka semua tanpa terkecuali, penulis mengucapkan banyak terimakasih dan penghargaan yang setingggi-tingginya.Semoga Tuhan Yang Maha Pemurah dan Maha Penyayang, dengan limpah karunia-Nya membalas semua kebaikan Bapak, Ibu dan rekan-rekan
sekalian atas kebaikan yang tidak dapat terukur yang telah diberikan kepada penulis dan semoga karya ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Medan, 22 April 2021 Penulis
Bernat Halomoan Silalahi NIM.16080101
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN i
iiPENGESAHAN SKRIPSI
ivABSTRAK
vABSTRACK
viPENGHARGAAN
viiDAFTAR ISI
xDAFTAR TABEL
xiiiDAFTAR GAMBAR
xiiiDAFTAR LAMPIRAN
xivBAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang 11.2 Rumusan Masalah 2
1.3 Batasan Masalah 2
1.4 Tujuan Penelitian 2
1.5 Manfaat Penelitian 2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Cuaca 22.1.1 Unsur-Unsur Yang Mempengaruhi Cuaca Dan Iklim 4
2.2 Sensor Suhu Dan Kelembapan 6
2.3 Sensor Kecrpatan Angin 7
2.4 Sensor Light Dependent Resistor 7
2.4.1 Karakterisasi Ligh Dependent Resistor 8
2.4.2 Prinsip Kerja Ligh Dependent Resistor 9
2.5 Sensor Optocopler 9
2.6 Dioda 12
2.7 Kapasitor 13
2.8 Mikrokontroler 14
2.8.1 Konfigurasi Pin Atmega 328 16
2.8.2 Memori Atmega 328 17
2.8.3 Komunikasi Seria Pada Atmega 328 17
2.8.4 Daya 18
2.9 IC AN 7805 19
2.9.1 Keunggulan IC 7805 19
2.9.2 Kekurangan IC 7805 19
2.9.3 Fungsi IC 7805 19
2.10 Node Mcu Esp8266 20
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Perancangan 223.1.1 Blog Diagram Sistem 22
3.2 Alat dan bahan penelitian 23
3.3 Perancangan Hardwere 23
3.3.1 Rangkain Kontroler 23
3.3.2 Adapter Wifi 24
3.3.3 Sensor Kelembapan Dan Suhu 24
3.3.4 Sensor Intensitas Cahaya 24
3.3.5 Sensor Hujan 25
3.3.6 Sensor Kecepatan Angin 25
3.4 Flowchart Sistem 26
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil penelitian 274.2.pengujian sistem 28
4.2.1. pengujian rangkaian catu daya 28
4.2.2. pengujian sensor temperatur dan kelembapan udara 29
4.2.3. pengujian esp 8266 node mcu 30
4.2.4. pengujian mikrokontoler arduino uno 32
4.2.5. pengujian sensor hujan 34
4.2.6 pengujian sensor cahaya LDR 35
4.2.7 pengujian sensor kecepatan angin 36
4.2.8 pengujian secara keseluruhan 36
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan 405.2 Saran 41
DAFTAR PUSTAKTAKA 42
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
Tabel
2.1 IC 780 20
4.1.Tegangan keluaran catu daya 29
4.2 Hasil pengukuran sensor DHT 11 29
4.3 Hasil pengujian mikrokontroler Node mcu 31
4.4 hasil pengukuran pin arduinoUno 33
4.5 Hasil pengujian sensor hujan (Rain Gauge) 34
4.6 Hasil pengujian sensor LDR 35
4.7 hasilpengukuran sensor kecepatanangin 36
4.8 Hasil pengukuran cuaca hari pertama tanggal 6/9/2020 37
4.9 Hasil pengukuran cuaca hari kedua tanggal 7/9/2020 38
4.10 Hasil pengukuran cuaca hari ketiga tanggal 8/9/2020 38
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman Gambar 2.1 DHT-11 62.2 Simbol LDR 8
2.3 Optocoupler 12
2.4 Dioda 13
2.5 Kapasitor 14
2.6 AT Mega 328 15
2.7 Konfigurasi Pin ATmega 328 16
2.8 Diagram kaki LM7805 20
2.9 NodeMCU ESP8266 21
3.1 Blog diagram sistem 22
3.2 Flowchart 26
4.1 a Hasil realisasi sistem pemantau cuaca berbasis web 28
4.1 b Hasil realisasi sistem pemantau cuaca berbasis web 28
4.2 Pengukuran output regulator 29
4.3 Pengukuran pada output pin D6 32
4.4 Pengukuran Arduino pada pin 3 33
4.5 Pengukuran output sensor hujan (rain gauge) 34
4.6 Pengukuran output sensor LDR 35
4.7 Cara akses web dan hasil tampilan data setelah terkoneksi 37
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Judul Halaman
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam kehidupan sehari-hari keadaan cuaca dan iklim sangat mempengaruhi segala aktivitas manusia. Menurut Tjasjono (2004), manusia dapat bertahan sampai satu hari tanpa air di daerah gurun yang paling panas, tetapi tanpa atmosfir manusia hanya dapat bertahan beberapa menit saja. Atmosfir terutama biosfir yang berada di sekeliling manusia mempunyai karakteristik tertentu dalam hal suhu, kelembaban, kecepatan dan arah angin, curah hujan dan sebagainya. Misalnya keadaan udara pada pagi hari dapat berubah pada siang hari, sore hari, dan malam hari. Iklim adalah keadaan cuaca rata-rata dalam waktu yang relatif lama dan meliputi wilayah luas.
Proses terjadinya cuaca dan iklim merupakan kombinasi dari variabel-variabel atmosfir yang sama yang disebut unsur-unsur iklim. Iklim beserta unsurnya adalah hal penting untuk diperhatikan, dipelajari, diantisipasi efeknya, karena pengaruhnya sering menimbulkan masalah bagi manusia serta mahluk hidup lainnya
Peneliti merasa perlu untuk melakukan untuk membuat sebuah alat atau aplikasi yang dapat memantau cuaca. Dalam pembuat alat/aplikasi ini, dirancang sebuah alat/prototipe yaang menggunakan sensor suhu dan kelembapan, sensor kecepatan angin, sensor intensitas cahaya dan sensor hujan. Sensor-sensor tersebut dihubungkan dengan Mikrokontroler atmega 328. Data yang diperoleh dari sensor tersebut dikalibrasi oleh program menjadi nilai sebenarnya sebelum dikirim kejaringan. Dalam hal ini menggunakan jaringan WIFI sehingga piranti yang terhubung dengan WIFI tersebut dapat mengaksesnya . Untuk menangani jaringan WIFI digunakan modul esp 8266 yaitu node mcu. Data hasil kalibrasi akan diberikan pada esp 8266 melalui port tersebut untuk kemudian dikirim kejaringan.
Kemudian data dikirim ke PC melalui WIFI, agar data dapat dibaca dan diolah digunakan sebuah aplikasi web, yaitu browser atau chrome. Nantinya data yang sudah diterima akan dimasukkan dalam sebuah rule yang dijadikan sebagai acuan dalam menentukan keadaan cuaca. Diharapkan melalui aplikasi ini dapat mengetahui keadaan cuaca disekitar kita
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah dalam penelitian ini adalah bagaimana merancang sistem pemantauan cuaca berbasis web menggunakan jaringan wifi.
1.3 Batasan Masalah
Dari permasalahan yang telah diuraikan di atas, terdapat beberapa batasan masalah pada Tugas Akhir ini, di antaranya sebagai berikut:
1. Microcontroller yang digunakan adalah ATMEGA 328.
2. Sensor yang digunakan adalah sensor suhu dan kelembapan, sensor kecepatan angin, sensor intensitas cahaya dan sensor hujan.
3. Node mcu yang gunakan adalah modul esp 8266.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian adalah untuk merancang sebuah sistem yang dapat
Memantau cuaca disekitar kita berbasis web menggunakan jaringan WIFI. Sistem ini dapatmemantau perubahan cuaca secara realtime.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dari pengerjaan Tugas Akhir ini adalah untuk memberikan solusi pemantauan cuaca disekitar kita berbasis web menggunakan jaringan WIFI.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Cuaca
Dalam kehidupan sehari-hari keadaan cuaca dan iklim sangat mempengaruhi segala aktivitas manusia. Menurut Tjasjono (2004), manusia dapat bertahan sampai satu hari tanpa air di daerah gurun yang paling panas, tetapi tanpa atmosfir manusia hanya dapat bertahan beberapa menit saja. Atmosfir terutama biosfir yang berada di sekeliling manusia mempunyai karakteristik tertentu dalam hal suhu, kelembaban, kecepatan dan arah angin, curah hujan dan sebagainya. Cuaca merupakan keadaan udara pada saat tertentu dan wilayah tertentu yang relatif sempit dan jangka waktu singkat. Cuaca terbentuk dari gabungan unsur-unsur cuaca yang hanya beberapa jam saja. Misalnya keadaan udara pada pagi hari dapat berubah pada siang hari, sore hari, dan malam hari. Iklim adalah keadaan cuaca rata-rata dalam waktu yang relatif lama dan meliputi wilayah luas. Proses terjadinya cuaca dan iklim merupakan kombinasi dari variabel-variabel atmosfir yang sama yang disebut unsur-unsur iklim. Iklim beserta unsurnya adalah hal penting untuk diperhatikan, dipelajari, diantisipasi efeknya, karena pengaruhnya sering menimbulkan masalah bagi manusia serta mahluk hidup lainnya. Banyak metode yang dapat digunakan untuk melihat pengaruh kondisi cuaca dan iklim serta pola (pattern) dan kecenderungan (trend) berdasarkan unsur-unsur yang mempengaruhi maupun signifikansinya. Salah satu metode untuk melihat hal tersebut adalah uji Mann-Kendall Multivariat (parsial), yang menjadi fokus dalam tulisan ini.
Menurut Kartasapoetra (2004), cuaca adalah keadaan atau kelakuan atmosfir pada waktu tertentu yang sifatnya berubah-ubah dari waktu ke waktu. Udara mempunyai sifat yang sangat dinamis. Suhu dan kelembaban udara akan berubah dari waktu ke waktu. Intensitas cahaya yang diteruskan ke permukaan bumi setelah melalui lapisan atmosfir akan selalu berubah pula, tergantung keadaan penyebaran dan ketebalan awan. Demikian pula halnya dengan kecepatan dan arah angin.
Kondisi atmosfir yang dinamis, berubah dalam waktu singkat (dalam jam atau hari) disebut cuaca (Lakitan, 2002). Menurut Kartasapoetra (2004), iklim adalah rata-rata keadaan cuaca dalam waktu yang cukup lama. Iklim merupakan fenomena alam yang
digerakkan oleh gabungan beberapa unsur, yaitu radiasi matahari, temperatur, kelembaban, awan, hujan, evaporasi, tekanan udara, dan angin. Faktor yang mempengaruhi unsur iklim sehingga dapat membedakan iklim di suatu tempat dengan iklim di tempat lain disebut kendali iklim. Matahari adalah kendali iklim yang sangat penting dan sumber energi di bumi yang menimbulkan gerak udara dan arus laut. Kendali iklim yang lain, misalnya distribusi darat dan air, sel semi permanen tekanan tinggi dan tekanan rendah, massa udara, pegunungan, arus laut dan badai (Tjasjono, 2004).
2.1.1 Unsur-Unsur Yang Mempengaruhi Cuaca dan Iklim A. Suhu Udara
Menurut Kartasapoetra (2004), suhu adalah derajat panas atau dingin yang diukur berdasarkan skala tertentu. Satuan suhu digunakan derajat celcius (ºC), di Inggris dan beberapa negara lainnya dinyatakan ºF yang menetapkan titik didih air dalam 212ºF dan titik lebur es 32ºF. Dalam skala perseratusan (skala Celcius) ditetapkan titik didih air 100º dan titik lebur es 0º. Kedua skala tersebut menunjukkan suhu yang sama pada -40º. Suhu Fahrenheit dapat diubah menjadi derajat Celcius: (9 / 5)C 32F (Tjasjono, 2004).
B. Tekanan Udara
Menurut Tjasyono (2004), berat sebuah kolom udara per satuan luas di atas sebuah titik menunjukkan tekanan atmosfir (tekanan udara) pada titik tersebut.
Distribusi tekanan horizontal dinyatakan oleh isobar; garis yang menghubungkan tempat yang mempunyai tekanan atmosfir sama pada ketinggian tertentu. Tekanan atmosfir berubah sesuai dengan tempat dan waktu. Tekanan udara diukur berdasarkan tekanan gaya pada permukaan dengan luas tertentu. Satuannya atmosfir (atm) atau mm Hg atau mbar, dimana tekanan udara 1atm = 760mmHg = 1.013mbar.
Tekanan udara berkurang dengan bertambahnya ketinggian tempat (elevasi atau altitud). Tekanan udara umumnya menurun sebesar 11mbar untuk setiap bertambahnya ketinggian tempat sebesar 100m (Lakitan, 2002).
C. Kelembaban Udara
Menurut Kartasapoetra (2004), kelembaban adalah banyaknya kadar uap air yang ada di udara. Dalam kelembaban dikenal beberapa istilah. Kelembaban mutlak adalah massa uap air yang berada dalam satu satuan udara, yang dinyatakan gram/m3 . Kelembaban spesifik merupakan perbandingan massa uap air di udara dengan satuan massa udara, yang dinyatakan gram/kg. Kelembaban relatif merupakan perbandingan jumlah uap air di udara dengan jumlah maksimum uap air yang dikandung udara pada temperatur tertentu, dinyatakan dalam %. Angka kelembaban relatif dari 0–100%, dimana 0% artinya udara kering, sedang 100% artinya udara jenuh dengan uap air dimana akan terjadi titik-titik air. Besaran yang digunakan untuk menyatakan kelembaban udara adalah kelembaban nisbi, dimana kelembaban tersebut berubah sesuai dengan tempat dan waktu. Menjelang tengah hari kelembaban nisbi berangsur turun, kemudian pada sore hari sampai menjelang pagi bertambah besar (Tjasjono, 2004).
D. Curah Hujan
Menurut Kartasapoetra (2004), hujan merupakan salah satu bentuk presipitasi uap air berasal dari awan yang terdapat di atmosfir. Bentuk presipitasi lainnya adalah salju dan es. Untuk dapat terjadinya hujan diperlukan titik-titik kondensasi, amoniak, debu, dan asam belerang. Jenis-jenis hujan berdasarkan besarnya curah hujan
menurut BMKG dibagi manjadi tiga, yaitu : 1. Hujan sedang, 20 - 50 mm per hari.
2. Hujan lebat, 50-100 mm per hari.
3. Hujan sangat lebat, di atas 100 mm per hari.
E. Angin
Menurut Kartasapoetra (2004), angin merupakan gerakan atau perpindahan massa udara dari satu tempat ke tempat lain secara horizontal. Massa udara adalah udara dalam ukuran yang sangat besar yang mempunyai sifat fisik (temperatur dan kelembaban) seragam dalam arah yang horizontal. Gerakan angin berasal dari daerah bertekanan tinggi ke daerah bertekanan rendah. Kecepatan angin dibagi atas kelas atau tingkatan berdasarkan kerusakan yang diakibatkan angin dan kecepatan angin,.
Angin mempunyai arah yaitu arah dari mana angin bertiup biasanya dinyatakan
dalam 16 titik kompas (U, UTL, TL, TTL dan sebagainya) untuk angin-angin permukaan, untuk angin di atas dinyatakan derajat atau 1/10 derajat dari utara, searah jarum jam. Kecepatan angin km/jam, mil/jam, m/det, knot, dimana 1km/jam = 0.621mil/jam = 0.278 knot, 1knot = 1.852km/jam = 1.151mil/jam = 0.514m/det (Linsley et al., 1986)
2.2 Sensor Suhu Dan Kelembapan (DHT11)
Sensor DHT11 merupakan module sensor yang berfungsi untuk mengukur dua parameter lingkungan sekaligus, yaitu suhu dan kelembaban udara. Objek hasil pembacaan dari sensor ini memiliki output tegangan analog yang dapat diolah lebih lanjut menggunakan arduino maupun ESP8266. Didalam sensor ini terdapat thermistor tipe NTC (Negative Temperature Coefficient), sehingga menjadikan sensor DHT11 ini termasuk kedalam elemen resistif yang berfungsi sebagai perangkat pengukur suhu. Kualitas pembacaan data sensing yang lebih responsif dan kalibrasi nilai pembacaan suhu dan kelembaban yang cukup akurat menjadikan modul ini lebih unggul dibanding modul sensor lainnya. Sensor ini memiliki 4 kaki pin yang setiap pin nya memiliki fungsi seperti yang dijabarkan pada gambar berikut.
Gambar 2.1 DHT-11 Spesifikasi sensor DHT-11
a. Pengukuran Kelembaban Udara
Resolusi pengukuran: 16Bit
Repeatability: ±1% RH
Akurasi pengukuran: 25℃ ±5% RH
Interchangeability: fully interchangeable
Waktu respon: 1 / e (63%) of 25℃ 6 detik
Histeresis: <± 0.3% RH
Long-term stability: <± 0.5% RH / yr in b. Pengukuran Temperatur
Resolusi pengukuran: 16 Bit
Repeatability: ±0.2℃
Range: At 25℃ ±2℃
Waktu Respon: 1 / e (63%) 10 detik c. Karakteristik Electrikal
Power supply: DC 3.5 – 5.5V
Konsumsi arus: measurement 0.3mA, standby 60μ A
Periode sampling : lebih dari 2 detik
2.3 Kecepatan Angin Sensor
Kecepatan angin adalah “kecepatan dari menjalarnya arus angin dan dinyatakan dalam knots atau kilometer per jam maupun dalam meter per detik”
(Soepangkat, 1994). Karena kecepatan angin umumnya berubah-ubah, maka dalam menentukan kecepatan angin diambil kecepatan rata-ratanya dalam periode waktu selama sepuluh menit dengan dibulatkan dalam harga satuan knots yang terdekat.
Keadaan ditentukan sebagai angin teduh (calm) jika kecepatan kurang dari satu knots.
2.4 Sensor Cahaya Light Dependent Resistor (LDR)
Light Dependent Resistor (LDR) ialah jenis resistor yang berubah hambatannya karena pengaruh cahaya. Besarnya nilai hambatan pada sensor cahaya LDR tergantung pada besar kecilnya cahaya yang diterima oleh LDR itu sendiri. Bila cahaya gelap nilai tahanannya semakin besar, sedangkan cahayanya terang nilainya menjadi semakin kecil. LDR adalah jenis resistor yang biasa digunakan sebagai detektor cahaya atau pengukur besaran konversi cahaya. LDR terdiri dari sebuah cakram semikonduktor yang mempunyai dua buah elekrtroda pada permukaannya.
Resistansi LDR berubah seiring dengan perubahan intensitas cahaya yang mengenainya. Dalam keadaan gelap resistansi LDR sekitar 10 MΩ dan dalam keadaan terang sebesar 1KΩ atau kurang. LDR terbuat dari bahan semikonduktor
seperti senyawa kimia cadmium sulfide. Dengan bahan ini energi dari cahaya yang jatuh menyebabkan lebih banyak muatan yang dilepas atau arus listrik meningkat, artinya resistansi bahan telah mengalami penurunan. Seperti halnya resistor konvensional, pemasangan LDR dalam suatu rangkaian sama persis seperti pemasangan resistor biasa. Simbol LDR dapat dilihat dalam gambar berikut ini :
Gambar 2.2 Simbol LDR
LDR digunakan untuk mengubah energi cahaya menjadi energi listrik. Saklar cahaya otomatis dan alarm pencuri adalah beberapa contoh alat yang menggunakan LDR. Akan tetapi karena responnya terhadap cahaya cukup lambat, LDR tidak digunakan pada situasi di mana intensitas cahaya berubah secara drastis. Sensor ini akan berubah nilai hambatannya apabila ada perubahan tingkat kecerahan cahaya.
2.4.1 Karakteristik LDR
LDR adalah suatu bentuk komponen yang mempunyai perubahan resistansi yang besarnya tergantung pada cahaya. Karakteristik LDR terdiri dari dua macam yaitu Laju Recovery dan Respon Spektral:
1. Laju Recovery
Bila sebuah LDR dibawa dari suatu ruangan dengan level kekuatan cahaya tertentu ke dalam suatu ruangan yang gelap, maka bisa kita amati bahwa nilai resistansi dari LDR tidak akan segera berubah resistansinya pada keadaan ruangan gelap tersebut. Namun LDR tersebut hanya akan bisa mencapai harga di kegelapan setelah mengalami selang waktu tertentu. Laju recovery merupakan suatu ukuran praktis dan suatu kenaikan nilai resistansi dalam waktu tertentu. Harga ini ditulis dalam K/detik, untuk LDR tipe arus harganya lebih besar dari 200K/ detik(selama 20 menit pertama mulai dari level cahaya 100 lux), kecepatan tersebut akan lebih tinggi pada arah sebaliknya, yaitu pindah dari tempat gelap ke tempat terang yang
memerlukan waktu kurang dari 10 ms untuk mencapai resistansi yang sesuai dengan level cahaya 400 lux.
2. Respon Spektral
LDR tidak mempunyai sensitivitas yang sama untuk setiap panjang gelombang cahaya yang jatuh padanya (yaitu warna). Bahan yang biasa digunakan sebagai penghantar arus listrik yaitu tembaga, aluminium, baja, emas dan perak. Dari kelima bahan tersebut tembaga merupakan penghantar yang paling banyak, digunakan karena mempunyai daya hantaryang baik (TEDC,1998)
2.4.2 Prinsip Kerja LDR
Resistansi LDR akan berubah seiring dengan perubahan intensitas cahaya yang mengenainya atau yang ada disekitarnya. Dalam keadaan gelap resistansi LDR sekitar 10MΩ dan dalam keadaan terang sebesar 1KΩ atau kurang. LDR terbuat dari bahan semikonduktor seperti kadmium sulfida. Dengan bahan ini energi dari cahaya yang jatuh menyebabkan lebih banyak muatan yang dilepas atau arus listrik meningkat. Artinya resistansi bahan telah mengalami penurunan.
Pada saat gelap atau cahaya redup, bahan dari cakram tersebut menghasilkan elektron bebas dengan jumlah yang relatif kecil. Sehingga hanya ada sedikit elektron untuk mengangkut muatan elektrik. Artinya pada saat cahaya redup, LDR menjadi konduktor yang buruk atau bisa disebut juga LDR memiliki resistansi yang besar pada saat gelap atau cahaya redup.
Pada saat cahaya terang, ada lebih banyak elektron yang lepas dari atom bahan semikonduktor tersebut. Sehingga akan lebih banyak elektron untuk mengangkut muatan elektrik. Artinya pada saat cahaya terang, LDR menjadi konduktor yang baik atau bisa disebut juga LDR memiliki resistansi kecil pada saat cahaya terang. (Supatmi, 2011:176)
2.5 Sensor Optocopcler
Optocoupler adalah suatu piranti yang terdiri dari 2 bagian yaitu transmitter dan receiver, yaitu antara bagian cahaya dengan bagian deteksi
sumber cahaya terpisah. Biasanya optocoupler digunakan sebagai saklar elektrik, yang bekerja secara otomatis.
Pada dasarnya Optocoupler adalah suatu komponen penghubung (coupling) yang bekerja berdasarkan picu cahaya optic. Optocoupler terdiri dari dua bagian yaitu:
1. Pada 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.
2. 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 inframerah mempunyai efek panas yang lebih besar dari cahaya tampak, maka Photodiode lebih peka untuk menangkap radiasi dari sinar infra merah.
Oleh karena itu Optocoupler dapat dikatakan sebagai gabungan dari LED infra merah dengan fototransistor yang terbungkus menjadi satu chips. Cahaya infra merah termasuk dalam gelombang elektromagnetik yang tidak tampak oleh mata telanjang. Sinar ini tidak tampak oleh mata karena mempunyai panjang gelombang , berkas cahaya yang terlalu panjang bagi tanggapan mata manusia. Sinar infra merah mempunyai daerah frekuensi 1 x 1012 Hz sampai dengan 1 x 1014 GHz atau daerah frekuensi dengan panjang gelombang 1µm – 1mm.
LED infra merah ini merupakan komponen elektronika yang memancarkan cahaya infra merah dengan konsumsi daya sangat kecil. Jika diberi bias maju, LED infra merah yang terdapat pada optocoupler akan mengeluarkan panjang gelombang sekitar 0,9 mikrometer.
Proses terjadinya pancaran cahaya pada LED infra merah dalam optocoupler adalah sebagai berikut. Saat dioda menghantarkan arus, elektron lepas dari ikatannya karena memerlukan tenaga dari catu daya listrik. Setelah elektron lepas, banyak elektron yang bergabung dengan lubang yang ada di sekitarnya (memasuki lubang lain yang kosong). Pada saat masuk lubang yang lain, elektron melepaskan tenaga yang akan diradiasikan dalam bentuk cahaya, sehingga dioda akan menyala atau memancarkan cahaya pada saat dilewati arus. Cahaya infra merah yang terdapat pada optocoupler tidak perlu lensa untuk memfokuskan cahaya karena dalam satu chip
mempunyai jarak yang dekat dengan penerimanya. Pada optocoupler yang bertugas sebagai penerima cahaya infra merah adalah fototransistor. Fototransistor merupakan komponen elektronika yang berfungsi sebagai detektor cahaya infra merah. Detektor cahaya ini mengubah efek cahaya menjadi sinyal listrik, oleh sebab itu fototransistor termasuk dalam golongan detektor optik.
Fototransistor memiliki sambungan kolektor–basis yang besar dengan cahaya infra merah, karena cahaya ini dapat membangkitkan pasangan lubang elektron.
Dengan diberi bias maju, cahaya yang masuk akan menimbulkan arus pada kolektor.
Fototransistor memiliki bahan utama yaitu germanium atau silikon yang sama dengan bahan pembuat transistor. Tipe fototransistor juga sama dengan transistor pada umumnya yaitu PNP dan NPN. Perbedaan transistor dengan fototransistor hanya terletak pada dindingnya yang memungkinkan cahaya infra merah mengaktifkan daerah basis, sedangkan transistor biasa ditempatkan pada dinding logam yang tertutup.
Ditinjau dari penggunaanya, fisik optocoupler dapat berbentuk bermacammacam. 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.
Prinsip kerja dari optocoupler adalah :
a. Jika antara Photodiode dan LED terhalang maka Photodiode tersebut akan off sehingga output dari kolektor akan berlogika high.
b. Sebaliknya jika antara Photodiode dan LED tidak terhalang maka Photodiode dan LED tidak terhalang maka Photodiode tersebut akan on sehingga outputnya akan berlogika low.
Sebagai piranti elektronika yang berfungsi sebagai pemisah antara rangkaian power dengan rangkaian control. Komponen ini merupakan salah satu jenis komponen yang memanfaatkan sinar sebagai pemicu on/off-nya. Opto berarti optic dan coupler berarti pemicu. Sehingga bisa diartikan bahwa optocoupler merupakan suatu komponen yang bekerja berdasarkan picu cahaya optic opto-coupler termasuk
dalam sensor, dimana terdiri dari dua bagian yaitu transmitter dan receiver. Dasar rangkaian dapat ditunjukkan seperti pada gambar dibawah ini:
Gambar 2.3 Optocoupler
Sebagai pemancar atau transmitter dibangun dari sebuah led infra merah untuk mendapatkan ketahanan yang lebih baik daripada menggunakan led biasa. Sensor ini bisa digunakan sebagai isolator dari rangkaian tegangan rendah kerangkaian tegangan tinggi. Selain itu juga bisa dipakai sebagai pendeteksi adanya penghalang antara transmitter dan receiver dengan memberi ruang uji dibagian tengah antara led dengan photo transistor. Penggunaan ini bisa diterapkan untuk mendeteksi putaran motor atau mendeteksi lubang penanda disket pada disk drive computer.
2.6 Dioda
Bahan semikonduktor adalah bahan yang bersifat setengah konduktor karena energi gap yang dibentuk oleh struktur bahan ini lebih kecil dari energi gap bahan isolator tetapi lebih besar dari energi gap bahan konduktor. Bahan semikonduktor memungkinkan elektron berpindah dari satu atom penyusun ke atom lain dengan perlakuan tertentu terhadap bahan tersebut seperti pemberian tegangan dan perubahan suhu (Van der Wal dan Knol, 1985). Berbagai piranti dari bahan semikonduktor antara lain dioda, zener, transistor, IC (Integrated Circuit), LED (Light Emitting Diode), varactor, dan varistor.
Dioda merupakan piranti elektronika berfungsi sebagai penyearah arus
yaitu dari anoda ke katoda dan tidak sebaliknya. Piranti ini sangat penting dalam rangkaian elektronika karena sifatnya yang dapat menghantarkan arus pada panjar maju (foward bias) dan menghambat arus pada panjar mundur (reverse bias). Pada proses pembuatannya, dioda dibuat dari kombinasi oleh dua material utama yaitu
tipe-n dan tipe-p, dimana elektron terdapat pada bahan tipe-n sedangkan lubang (hole) terdapat pada bahan tipe-p.
Bahan tipe-p. Dioda tidak sepenuhnya ideal pada aplikasinya, terdapat penyimpanganpenyimpangan dalam karakteristiknya (Tooley, 2012). Dioda membutuhkan tegangan panjar untuk mengalirkan arus dalam pengoperasiannya yaitu panjar maju (forward bias) dan panjar mundur (reverse bias). Fungsi lain dari dioda yaitu sebagai penyearah arus dan penstabil tegangan pada komponen sehingga karakteristiknya penting untuk diuji. Dibawah ini dapat dilihat gambar dioda:
Gambar 2.4 Dioda
Dioda adalah komponen aktif dua kutub yang pada umumnya bersifat semikonduktor, yang memperbolehkan arus listrik mengalir ke satu arah (kondisi panjar maju) dan menghambat arus dari arah sebaliknya (kondisi panjar mundur).
Diode dapat disamakan sebagai fungsi katup di dalam bidang elektronika. Diode sebenarnya tidak menunjukkan karakteristik kesearahan yang sempurna, melainkan mempunyai karakteristik hubungan arus dan tegangan kompleks yang tidak linier dan seringkali tergantung pada teknologi atau material yang digunakan serta parameter penggunaan. Beberapa jenis diode juga mempunyai fungsi yang tidak ditujukan untuk penggunaan penyearahan.
2.7 Kapasitor
Kapasitor adalah sebuah benda yang dapat menyimpan muatan listrik.
Benda ini terdiri dari dua pelat konduktor yang dipasang berdekatan satu sama
lain tapi tidak sampai bersetuhan. Benda ini dapat menyimpan tenaga listrik dan dapat menyalurkan kembali, kegunaan dapat menimpan tenaga listrik dan dapat menyalurkan kembali, kegunaannya dapat ditemukan seperti pada lampu flash pada kamera, juga banyak dipakai pada papan sirkuit elektrik pada komputer aaupun pada berbagai peralatan elektronik.
Gambar 2.5 Kapasitor
Cara kerja kapasitor dalam sebuah rangkaian adalah dengan mengalirkan elektron menuju kapasitor. Pada saat kapasitor sudah di penuhi dengan elektron, tegangan akan mengalami perubahan. Selanjutnya, elektron akan keluar dari sebuah kapasitor dan mengalir menuju rangkaian yang membutuhkannya. Dengan begitu, kapasitor akan membangkitkan reaktif suatu rangkaian
.
2.8 Mikrokontroler Atmega 328
ATMega328 adalah mikrokontroller keluaran dari atmel yang mempunyai arsitektur RISC (Reduce Instruction Set Computer) yang dimana setiap proses eksekusi data lebih cepat dari pada arsitektur CISC (Completed Instruction Set Computer).
ATMega328 memiliki beberapa fitur antara lain :
1.130 macam instruksi yang hampir semuanya dieksekusi dalam siklus clock.
2.32x 8-bit register serba guna.
3.Kecepatan mencapai 16 MIPS dengan clock 16 MHz.
4.32 KB Flash memory dan pada arduino memiliki bootloader yang menggunakan 2 KB dari flash memori sebagai bootloader.
5.Memiliki EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 1KB sebagai tempat penyimpanan data semi
permanent karena EEPROM tetap dapat menyimpan data meskipun catu daya dimatikan.
6.Memiliki SRAM (Static Random Access Memory) sebesar 2KB.
7.Memiliki pin I/O digital sebanyak 14 pin 6 diantaranya PWM (Pulse Width Modulation) output.
8. Master / Slave SPI Serial interface.
Mikrokontroller ATmega 328 memiliki arsitektur Harvard, yaitu memisahkan memori untuk kode program dan memori untuk data sehingga dapat memaksimalkan kerja dan parallelism. 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. 32 x 8-bit register serba guna digunakan untuk mendukung operasi pada ALU (Arithmatic Logic unit) yang dapat dilakukan dalam satu siklus. 6 dari register serbaguna ini dapat digunakan sebagai 3 buah register pointer 16-bit pada mode pengalamatan tidak langsung untuk mengambil data pada ruang memori data Ketiga register pointer 16-bit ini disebut dengan register X ( gabungan R26 dan R27 ), register Y ( gabungan R28 dan R29 ), dan register Z ( gabungan R30 dan R31 ). Hampir semua instruksi AVR memiliki format 16-bit.
Setiap alamat memori program terdiri dari instruksi 16- bit atau 32-bit. Selain register serba guna di atas, terdapat register lain yang terpetakan dengan teknik memory mapped I/O selebar 64 byte. Beberapa register ini digunakan untuk fungsi khusus antara lain sebagai register control Timer/ Counter, Interupsi, ADC, USART, SPI, EEPROM, dan fungsi I/O lainnya. Register – register ini menempati memori pada alamat 0x20h – 0x5Fh. Berikut ini adalah tampilan gambar ATmega 328 :
Gambar 2.6 AT Mega 328
2.8.1 Konfigurasi Pin ATMEGA 32
Gambar 2.7 Konfigurasi Pin ATmega 328
ATMega328 memiliki 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 periperal lainnya.
1. PortB
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 mikrokontroler.
2. PortC
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. PortD
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 externalclock.
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
2.8.2 Memori Atmega 328
ATmega328 memiliki 32 KB flash memori untuk menyimpan kode, juga 2 KB yang digunakan untuk bootloader. ATmega328 memiliki 2 KB untuk SRAM dan 1 KB untuk EEPROM.
2.8.3 Komunikasi Serial Pada Atmega 328
Atmega328 menyediakan komunikasi serial UART TTL (5V) yang tersedia di pin 0 (RX) dan pin 1 (TX). Sebuah chip FTDI yang terdapat pada board berfungsi menterjemahkan bentuk komunikasi ini melalui USB dan akan tampil sebagai Virtual Port di komputer.
Pada Arduino Software (IDE) terdapat monitor serial yang memudahkan data textual untuk dikirim menuju Arduino atau keluar dari Arduino. Lampu led TX dan RX akan menyala berkedip-kedip ketika ada data yang ditransmisikan melalui chip FTDI USB to Serial via kabel USB ke komputer. Untuk menggunakan komunikasi serial dari digital pin, gunakan Software Serial library. Chip ATmega328 juga mendukung komunikasi I2C (TWI) dan SPI. Di dalam Arduino Software (IDE) sudah termasuk Wire Library untuk memudahkan anda menggunakan bus I2C.
Untuk menggunakan komunikasi SPI, gunakan SPI library.
2.8.4 daya
Mikrokontroler Atmega 328 dapat diaktifkan dengan catu daya eksternal.
Adaptor ini dapat dihubungkan dengan menancapkan plug positif 2.1mm ke colokan listrik. Dari baterai dapat dimasukan dalam Gnd dan Vinpin header dari konektor power. Mikrokontroler Atmega 328 ini dapat beroperasi pada pasokan tegangan eksternal 6 sampai 20 volt. Jika diberikan dengan kurang dari 7 volt, pin yang keluaran 5 volt mungkin pasokannya kurang dari 5 volt dan mikrokontroler Atmega 328 mungkin tidak stabil. Jika menggunakan lebih dari 12 volt, regulator tegangan bisa panas dan merusak IC mikro. Kisaran yang disarankan adalah 7-12 volt.
Pin sumber daya dalam mikrokontroler Atmega 328 ini adalah sebagai berikut :
a) VIN
Tegangan masukan pada mikrokontroler Atmega 328 menggunakan sumber daya eksternal.
b) 5V
Catu daya 5 volt ini digunakan untuk daya mikrokontroler dan komponen lainnya pada boardmikrokontroler Atmega 328. Hal ini dapat terjadi
dilakukan dari pin VIN melalui regulator on-board, atau melalui port USB atau sumber tegangan lainnya seperti adaptor.
c) GND Pin ground.
2.9 IC AN 7805
IC LM7805 adalah IC penstabil tegangan 5 Volt DC yang memiliki
kemampuan arus keluaran sampai 1 ampere. Pada kemasan IC ini terdapat tiga kaki yaitu kaki pertama sebagai input, kaki kedua (tengah) sebagai kaki ground dan kaki ketiga sebagai output atau tegangan stabil 5 Volt.
2.9.1 Keunggulan IC 7805
Jika dibandingkan dengan regulator tegangan lain, seri 7805 ini mempunyai keunggulan diantaranya:
1. Untuk regulasi tegangan DC, tidak memerlukan komponen elektronik tambahan.
2. Aplikasi mudah dan hemat ruang, memiliki proteksi pada overload (beban berlebih), overheat(panas berlebih, dan hubung singkat.
3. Dalam keadaan tertentu, kemampuan pembatasan arus piranti 78XX tidak hanya melindunginya sendiri, tetapi juga melindungi
rangkaian yang ditopangnya.
2.9.2 Kekurangan IC 7805
1. tegangan input harus lebih tinggi 2-3 Volt dari tegangan output sehingga IC 7805 kurang tepat jika digunakan untuk menstabilkan tegangan batteray 6 Volt menjadi 5 Volt.
2. Seperti halnya regulator linier lain, arus input sama dengan arus output. Karena tegangan input harus lebih tinggi dari tegangan output maka akan terjadi panas pada IC regulator 7805 sehingga diperlukan heatsink (pendingin) yang cukup.
2.9.3 Fungsi IC 7805
Rangkaian regulator ini dapat dipakai untuk menurunkan tegangan 12
Volt (aki/accu) pada sebuah perangkat elektronika atau pada sebuah kendaran menjadi 5 Volt stabil. Kita membutuhkan tegangan 5 Volt
untuk keluaran adaptor sehinggayang kita perlu adalah IC Voltage Regulator LM7805, yang secara spesifikasi data:
1. Tegangan masukan mulai 7 volt s/d 35 Volt.
2. Arus maximum di keluaran Ic = 1A.
3. Rentang tegangan keluaran dengan Vmax = 5.2V, Vmin = 4.8V.
Gambar 2.8 Diagram kaki LM7805
Pin No Function Name
1 Input voltage (5V-18V) Input
2 Ground (0V) Ground
3 Regulated output ; 5V (4.8V-5.2V) Output Tabel 2.1. IC 7805
2.10 NodeMCU ESP8266
NodeMCU adalah sebuah board elektronik yang berbasis chip ESP8266 dengan kemampuan menjalankan fungsi mikrokontroler dan juga koneksi internet (WiFi). Terdapat beberapa pin I/O sehingga dapat dikembangkan menjadi sebuah aplikasi monitoring maupun controlling pada proyek IOT. NodeMCU ESP8266 dapat diprogram dengan compiler-nya Arduino, menggunakan Arduino IDE. Bentuk fisik dari NodeMCU ESP 8266, terdapat port USB (mini USB) sehingga akan memudahkan dalam pemrogramannya.
NodeMCU ESP8266 merupakan modul turunan pengembangan dari modul platform IoT (Internet of Things) keluarga ESP8266 tipe ESP-12. Secara fungsi modul ini hampir menyerupai dengan platform modul arduino, tetapi yang
membedakan yaitu dikhususkan untuk “Connected to Internet“. Untuk saat ini modul NodeMCU sudah terdapat 3 tipe versi antara lain
Gambar 2.9 NodeMCU ESP8266
Spesifikasi Modul NodeMCU ESP8266
Mikrokontroller / Chip : ESP8266-12E
Tegangan Input : 3.3 ~ 5V
GPIO : 13 Pin
Kanal PWM : 10 Kanal
10 bit ADC Pin : 1 Pin
Flash Memory : 4 MB
Clock Speed : 40/26/24 MHz
WiFi : IEEE 802.11 b/g/n
Frekuensi : 2.4 GHz – 22.5 Ghz
USB Port : Micro USB
USB Chip : CH340G
BAB 3
METODE PENELITIAN
3.1 Perancangan
Perancangan merupakan suatu tahap yang sangat penting didalam penyelesaian pembuatan suatu alat ukur. Pada perancangan dan pembuatan alat ini akan ditempuh bebrapa langkah yang termasuk kedalam langkah perancangan antara lain pemiihan komponen yang sesaui dengan kebutuhan serta pembuatan alat. Dalam perancangan ini dibutuhkan bebrapa petunju yang menunjang pembuatan alat seperti buku teori, data sheet atau buku lainnya. Dimana buku petunjuk tersebut memuat teori-teori perancangan maupun spesifikasi komponen yang akan digunakan dalam pembuatan alat, melakukan percobaan serta pengujian alat. Tujuan perancangan adalah untuk memudahkan dalam pembuatan suatu alat serta mendapatkan suatu alat yang baik seperti yang diharapkan dengan memperhatikan penggunaan komponen dengan harga ekonomis serta mudah didapat dipasaran.
3.1.1 Blog Diagram Sistem
Atmega 328 DHT 11
Wind Speed
LDR
Rain Gauge
Node Mcu
Hot Spot Smarphone/PC
Gambar 3.1 Blog diagram sistem
Adapun fungsi masing-masing blog diagram pada gambar 3.1 sebagai berikut:
1. Blog ATMEGA 328 : sebagai penerima, pengontrol dan pengerim data sensor
2. Blog sensor DHT 11 : sebagai input sensor untuk mendeteksi suhu dan kelembapan
3. Blog sensor Wind speed : sebagai input sensor untuk mendeteksi kecepatan angin
4. Blog sensor LDR : sebagai input sensor untuk mendeteksi insetintas cahaya
5. Blog sensor Rain Gauge : sebagai input sensor untuk mendeteksi curah hujan
6. Blog Node Mcu : sebagai input menerima dan mengirim data Sensor
7. Blog Hot Spot : membagikan jaringan atau koneksi internet
8. Blog diagram smartphone/PC : sebagai akses data dan menampilkan data
3.2. Alat dan Bahan Penelitian
Adapun alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah ,Peralatankomputer/PC, Alat2 ukurtegangan ,voltmeter digital, Perkakaslistrikatau toolset, Osiloskop digital dan Software pendukung/ program dan lain-lain.sedangkan untuk bahannya yaitu IC AN 7805, IC mikrokontroler atmega 328, Adapter Wifiesp 8266, Kapasitor 100uF/50V, 10uF/50V dan lain-lain, Sensor DHT11, Sensor LDR, Sensor OptoCoppler, Sensor rain gauge, Resistor , Dioda, PCB rangkaian dan casis, Kabel , Terminal kabel dan sebagainya.
3.3. Perancangan hardware 3.3.1. Rangkaian kontroler.
Rangkaian pengendali atau kontroler menggunakan sebuah modul yang deprogram untuk keperluan tertentu. Basis kontroler adalah atmega 328 dengan board arduinouno. Kontroler deprogram sesuai fungsinya yaitu sebagai pemroses data sensor dan mengirim data tersebut kejaringan wifi. Kontroler atmega 328 mendapat masukan pada port input digital dan analog. Misalnya sensor dht 11 dihubungkan pada masukan digital serial I2C yaitu pada port I2C pada pin 27 dan 28.
Sedangkan untuk masukan sensor kecepatan angin diberikan pada pin 14. Sensor LDR pada analog pin 23 dan sensor Hujan pada pin24. Khusus untuk masukan analog ,input tersebut harus diubah terlebih dahulu menjadi data digital oleh konverter ADC agar dapat diolah sedangkan sensor digital dapat langsung diproses oleh program. Proses pengolahan data adalah proses kalibrasi yaitu mengembalikan
nilai data sensor menjadi nilai sebenarnya. Dengan cara mencari konstanta yangn sesuai proses kalibrasi dapat dilakukan dalam program.
3.3.2. Adapter wifi
Adapter wifi adalah sebuah modul komunikasi yang digunakan untuk mengirim dan menerima data melalui jaringan dalam bentuk gelombang radio(wireless). Dalam rancangan ini adapter wifi digunakan untuk mengirim data sensor ke user.Tipe adapter wifi yang digunakan adalah tipe esp 8266 dalam modul node mcu. Adapter merupakan transmitter radio yang kompatibel dengan jaringan wifi standar sehingga dengan mudah dapat diaplikasikan sebagai system berbasis wifi. Adapter akan menerima kode yang berikan oleh alat pemantau cuaca dan memancarkannya berupa data dengan alamat ip sehingga dapat diakses dari internet explorer baik dari pc maupun smartphone.
3.3.3. Sensor kelembaban dan suhu
Sensor dht 11 merupakan sensor untuk mendeteksi kelembaban sekaligus temperature atau suhu, sensor dht11 merupakan sensor digital dengan output serial I2C. Sensor akan membaca kelembaban udara dan suhu disekitar sensor dan mengubahnya menjadi data . Output sensor yang merupakan serial dengan protokol I2C membutuhkan protocol khusus untuk membacanya. Kedua data yaitu kelembaban dan suhu di baca secara berurutan oleh program . Data hasil pembeacan sensor dht 11 adalah nilai yang telah terkalibrasi sehingga tidak membutuhkan proses kalibrasi lagi.
3.3.4. Sensor intensitas cahaya
Sensor intensitas cahaya adalah sensor yang mengubah intensitas cahaya menjadi resistansi listrik. Tipe sensor adalah LDR yaitu resistor yang nilainya bergantung pada kekuatan cahaya. Nilai Sensor akan diubah menjadi tegangan dengan resistor tambahan yang seri dengan LDR. Tegangan keluaran sensor akan bervariasi bergantung pada intensitas cahaya. Dengan prinsip seperti ini sensor LDR memberikan output analog ke mikrokontroler.
3.3.5. Sensor hujan
Sensor hujan adalah sensor yang mendeteksi air hujan. Sensor bekerja mendeteksi resistansi air hujan. Seperti diketahui air bersifat konduksi walaupun bukan konduktor yang baik. Saat tidak adah ujan maka konduksi antara anoda dan katoda tidak terjadi dengan demikian tidak terdapat tegangan pada ke luaran sensor . Saat terdapat air yang menghubungkan anoda dengan katoda listrik akan terkonduksi dan mengalir. Saat tersebut akan membuat tegangan naik ke logika high dan memberikan outputnya ke mikrokontroler. Makin banyak air yang menumpuk diantara sensor makin besar tegangan keluarannya. Pada umumnya sensor bekerja pada tegangan 5V sehingga output sensor berkisar 0 hingga 5V.
3.3.6. Sensor kecepatan angin
Sensor kecepatan angin adalah sensor yang mendeteksi kecepatan angin yang mengalir sekitar sensor. Sensor kecepatan angin pada umumnya berupa sensor yang mengabungkan mekanis dengan elektronik, angin akan mengubah kecepatan menjadi putaran dan menyebabkan pulsalistrik . Sensor dilangkapi oleh sepasang optocopler pada piringan berlobang . Sehingga putaran piringan akibat angin akan mengakibatkan pulsa pada opto sensor. Output sensor menjadi pulsa listrik dengan lebar sebanding dengan kecepatan angin, sehingga dengan mendeteksi lebar pulsa dapat dihitung kecepatan angin yang mengalir.
3.4 Flowchart Sistem
Muai
Inisialisasi dan nilai awal
Input sensor DHT 11, LDR, rain gauge dan
wind speed
Kalibrasi data sensor
Kirim data ke node mcu
Pancar data kejaringam wifi
Akses user?
User monitoring
stop Y
T
BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PENGUJIAN SISTEM
4.1. Hasil Penelitian
Hasil penelitian adalah sebuah sistem yang berfungsi sebagai pemantau parameter cuaca seperti kecepatan angin, intensitas cahaya matahari, temperatur , kelembaban udara dan ada tidaknya hujan. Rancangan berupa komponen elektronik dengan beberapa sensor ,adapter wifi dan sebuah mikrokontroler. Kegunaan alat dapat dipakai pada bandara udara, pelabuhan ,maupun perkotaan. Kelebihan alat dibanding dengan alat sejenis adalah bahwa alat dilengkapi sistem yang dapat diakses dari web browser melalui komputer pribadi maupun gawai (smartphone). Sistem bekerja memancarkan data dengan bantuan wifi. Dengan demikian dimana wifi masih terkoneksi maka alat dapatbdipantau. Contohnya dibandar udara, wifi terkoneksi pada satu hotspot secara luas dibandara udara. Maka datancuaca dapat diakses dimana saja selama masih terkoneksi pada wifi yang sama. Akses data juga sangat mudah tanpa harus menginstal software atau aplikasi khusus dilaptop atau gawai.
Cukup membuka web browser seperti internet exploler atau chrome kemudian isi nomor IP alat pada kolom search maka muncul tampilan monitoring yaitu parameter cuaca yang terdeteksi oleh sensor. Sensor yang digunakan adalah sensor dht 11 untuk deteksi temperatur dan kelembaban udara, LDR untuk intensitas cahaya dan rain gauge untuk mendeteksi hujan.semua data dikalibrasi oleh mikrokontroler kemudian dikirim ke wifi adapter esp 8266. Wifi adapter yang terkoneksi dengan hotspot kemudian mengirim data kesalah satu user yang mengaksesnya. Demikianlah hasil penelitian yang berhasil direalisasikan.
Akhir kata, proses perancangan dan perakitan telah dilakukan dan alat siap diuji coba. Pengujian akan dilakukan bertahap mulai dari pengujian masing-masing komponen hingga pengujian keseluruhannya dengan tujuan untuk mengetahui unjuk kerja sistem yang dibuat. Berikut adalah tahap pengujian yang dilakukan pada komponen dan rangkaian .
(a)
(b)
Gambar 4-1.a dan b Hasil realisasi sistem pemantau cuaca berbasis web.
4.2. Pengujian Sistem
4.2.1 Pengujian Rangkaian Catu Daya
Catu daya digunakan sebagai sumber tegangan pada alat pengairan otomatis.
Nilai tegangan keluaran yang dibutuhkan dari catudaya adalah 5V dan 12V DC.
Tegangan 12V diperoleh dari adaptor yang digunakan sedangkan untuk mendapatkan tegangan 5V digunakan IC regulator LM7805. Perlu diketahui LM7805 telah tertanam pada board Arduino nano sehingga pengukuran akan dilakukan pada board tersebut. Tipe IC LM7805 digunakan untuk mendapatkan tegangan yang stabil sebagai tegangan masukan pada mikrokontroler. Setelah catu daya dirangkai kemudian keluaran catudaya diuji beberapa kali dan hasilnya adalah seperti yang terlihat pada Tabel 1. Nilai tegangan keluaran dari catudaya sudah memenuhi dari nilai tegangan yang dibutuhkan untuk menjalankan mikrokontroler node mcu dan Arduino uno adalah sebesar 4,5-5,5 V.
Sensor LDR Sensor kelembapan dan
suhu
Node mcu
Sensor kecepatan angin
Sensor rain gauge
Tabel 4.1. Tegangan keluaran catu daya .
Pengujian Tegangan 7805 Tegangan Adaptor
1 5,05 V 12,13 V
2 5,04 V 12,15 V
3 5,05 V 12,14 V
Dengan tiga kali pengukuran diatas yang memberikan nilai yang hampir sama maka dapat dinyatakan bahwa catu daya tersebut telah memenuhi syarat untuk digunakan pada alat dan pengujian catu daya berhasil dilakukan.
Gambar 4-2 Pengukuran output regulator.
4.2.2 Pengujian Sensor Temperatur Dan Kelembaban Udara
Pengujian dilakukan dengan mengukur temperatur udara dan kelembabannya kemudian dibandingkan dengan alat ukur standar yang ada. Untuk menguji sensor tersebut maka harus dibuat program di mikrokontroler arduino kemudian dibaca melalui serial port. Hasil pengujian sensor kelembaban dan temperatur adalah sebagai berikut.
Tabel 4.2 Hasil pengukuran sensor DHT 11.
Waktu Temperatur
alat(°C)
Kelembaban alat
Alat ukur analog
Alat ukur temperatur(°C)
8:00 28,1 62% 63% 28,3
9:00 29,2 63% 61% 29,6
10:00 30,2 56% 59% 30,3
11:00 29,9 57% 58% 31,1
12:00 29,9 63% 61% 31,2
13:00 31,3 62% 65% 31,1
14:00 30,1 65% 68% 30,8
15:00 30,3 71% 70% 30,2
16:00 29,9 73% 72% 29,8
17:00 29,9 68% 69% 30,2
18:00 29,4 63% 67% 29,1
19:00 28,2 64% 67% 28,9
20:00 28,5 68% 72% 28,7
21:00 28,1 69% 71% 28,3
22:00 27,9 67% 66% 28,1
4.2.3 Pengujian ESP8266 node MCU
Pengujian ic node mcu dilakukan untuk menguji apakah rangkaian tersebut telah bekerja dgn baik atau tidak. Pengujian dapat dilakukan dengan perbandingan antara program yang dibuat dengan hasil pengukuran. Jika terdapat perbedaan antara logika keluaran antara program dan pengukuran akan memberi indikasi kalau ada kesalahan dalam rangkaian.
Algoritma program yang ditulis dalam bahasa C adalah :
Void setup () {
Pinmode(0D,Output);digitalWrite(D0,HIGH);
Pinmode(D1,Output);digitalWrite(D1,LOW);
Pinmode(D2,Output);digitalWrite(D2,HIGH);
Pinmode(D3,Output);digitalWrite(D3, LOW);
Pinmode(D4,Output);digitalWrite(D4, LOW);
Pinmode(D5,Output);digitalWrite(D5, LOW);
Pinmode(D6,Output);digitalWrite(D6,HIGH);
Pinmode(D7,Output);digitalWrite(D7,HIGH);
Pinmode(D8,Output);digitalWrite(D8, LOW);
Pinmode(RX,Output);digitalWrite(RX,HIGH);
Pinmode(TX,Output);digitalWrite(TX, LOW);
}
Program dibuat dan diunggah ke IC mikrokontroler kemudian dijalankan, maka hasil pengukuran tegangan masing-masing pin adalah sebagai berikut:
Tabel 4.3 Hasil pengujian mikrokontroler Node mcu
Pin Vout(V) D0 3,33 D1 0,01 D2 3,31 D3 0,01 D4 0,02 D5 0,01 D6 3,29 D7 3,31 D8 0,0 RX 3,32 TX 0,02
Hasil :
Setelah di verifikasi berdasarkan logika keluaran tiap port dan dibandingkan dgn data program maka terlihat ada kesamaan antara program dan output pin. Hasil
menunjukkan tidak terdapat perbedaan ,sehingga dapat dinyatakan rangkaian kontroler node mcu telah bekerja dgn baik .
Gambar 4-3 Pengukuran pada output pin D6.
4.2.4 Pengujian Mikrokontroler Arduino Uno
Pengujian ic mikrokontroler dilakukan untuk menguji dan mengetahui apakah rangkaian kontroler telah bekerja dgn baik atau tidak. Untuk itu dilakukan perbandingan antara program yang dibuat dgn hasil pengukuran. Algoritma program yang ditulis dalam perangkat lunak arduino soft versi 1.8.9 adalah sebagai berikut :
Void setup() {
Pinmode(0,Output);digitalWrite(0,HIGH);
Pinmode(1,Output);digitalWrite(1,LOW);
Pinmode(2,Output);digitalWrite(2,HIGH);
Pinmode(3,Output);digitalWrite(3, HIGH);
Pinmode(4,Output);digitalWrite(4, LOW);
Pinmode(5,Output);digitalWrite(5, LOW);
Pinmode(6,Output);digitalWrite(6,HIGH);
Pinmode(7,Output);digitalWrite(7,HIGH);
Pinmode(8,Output);digitalWrite(8, LOW);
Pinmode(9,Output);digitalWrite(9,HIGH);
Pinmode(10,Output);digitalWrite(10, LOW);
Pinmode(11,Output);digitalWrite(11, LOW);
Pinmode(12,Output);digitalWrite(12,HIGH);
Pinmode(13,Output);digitalWrite(13, LOW);
}
Setelah program dibuat dan diunggah pada board arduino kemudian dijalankan, maka hasil pengukuran tegangan tiap pin adalah sebagai berikut:
Tabel 4.4 hasil pengukuran pin arduino Uno.
Pin Vout(V) 0 5,00 1 0,01 2 5,05 3 5,05 4 0,01 5 0,02 6 5,01 7 5,04 8 0,04 9 5,05 10 0,01 11 0,00 12 5,00 13 0,00 Hasil :
Setelah di analisa berdasarkan logika keluaran tiap port dan dibandingkan dgn data program maka dapat dilihat ada kesamaan antara program dan output pin. Hasil menunjukkan tidak terdapat perbedaan ,sehingga dapat dinyatakan rangkaian kontroler telah bekerja dengan baik .
Gambar 4-4 Pengukuran Arduino pada pin 3.
4.2.5 Pengujian Sensor Hujan (Rain Gauge)
Pengujian ini dilakukan dengan memberikan input dan mengukur output sensor.
Dalam hal ini input adalah percikan air yang dibuat dengan menggunakan sprayer.
Karena sensor adalah sensor analog maka output dapat diukur dengan voltmeter berapa tegangan keluarannya akibat percikan air yang diberikan. Berikut adalah hasil pengukuran sensor rain gauge.
Tabel 4.5 Hasil pengujian sensor hujan (Rain Gauge).
Kondisi V out
Kering 4,93 V
Lembab 4,02V
Sedikit butiran air 3,28V
Basah 1,97V
Terendam air 0,98V
Hasil :
Dari tabel diatas dapat dilihat bahwa sensor memberikan output yang berbanding terbalik. Makin basah sensor makin kecil tegangan keluarannya. Dalam keadaan kering output sensor mendekati vcc yaitu 5V. Untuk mencari persentase curah hujan dapat dilakukan kalibrasi melalui program yang dibuat.
Gambar 4-5. Pengukuran output sensor hujan (rain gauge).
4.2.6 Pengujian Sensor Cahaya (LDR)
Pengujian ini dilakukan dengan mengukur resistansi keluaran sensor akibat cahaya yang diberikan . LDR merupakan sebuah tahanan yang nilai tahanannya akan berubah sesuai intensitas yang diterimanya. Untuk itu pengukuran nilai tahanan dilakukan dengan variabel intensitas cahaya yang dikenakan pada sensor. Hasil pengukuran dapat dilihat pada tabel berikut.
Tabel 4.6 Hasil pengujian sensor LDR
Kondisi sensor Resistansi Vout sensor(V)
Gelap total 1,23 Mega Ohm 0,12
Lampu 5 W jarak 1m 372 Kilo Ohm 0,50 Lampu 50 W jarak 1m 12,4 Kilo Ohm 1,78 Lampu 100 W jarak 1 m 2,2 Kilo Ohm 3,27 Dibawah terik matahari 123 Ohm 4,79
Hasil :
Dari pengukuran diatas dapat dilihat resistansi LDR juga berbanding terbalik dengan intensitas cahaya. Makin tinggi intensitas maka makin rendah resitansi LDR tersebut.
Untuk melakukan kalibrasi nilai sensor harus melalui program yang dibuat dalam mikrokontroler.
Gambar 4-6. Pengukuran output sensor LDR.
4.2.7 Pengujian Sensor Kecepatan Angin
Pengujian dikakukan dengan dengan membandingkan hasil keluaran sensor setelah dikalibrasi dengan alat ukur kecepatan angin digital. Karena sensor merupakan sensor yang memiliki output pulsa maka tidak dapat diukur dengan alat ukur voltmeter. Untuk itu harus dibuat program menghitung pulsa dan kalibrasi kekecepatan angin. Berikut adalah hasil perbandingan output sensor dengan alat ukur.
Tabel 4.7 hasil pengukuran sensor kecepatan angin Alat ukur (km/j) Sensor (km/j) Persen error()%
1,22 1,21 0,81
3,78 3,67 2,91
4,88 4,71 3,48
6,89 6,77 1,74
8,96 8,88 0,80
10,61 10,02 5,56
11,91 10,97 7.89
14,67 14,01 4,49
17,21 17,61 2,14
19,63 19,29 1,73
21,09 20,97 0,56
4.2.8 Pengujian Alat Secara Keseluruhan
Pengujian keseluruhan dilakukan setelah semua komponen berhasil dipasang pada rangkaian utama yaitu mikrokontroler. Pengujian dilakukan dengan cara menjalankan sistem kemudian mengamati fungsi kerja dari sistem selama beberapa waktu. Untuk pengujian ini dibutuhkan sebuah hotspot agar sistem dapat berhubungan dengan jaringan lokal melalui sambungan WiFi. Nama Hotspot telah disesuaikan dengan program yang dibuat dengan password tertentu. Saat diaktifkan Node mcu akan mencari hotspot yang ada kemudian melakukan koneksi. Jika
