PROGRAM STUDI D
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN
LAPORAN PROJEK AKHIR 2
JULIA DAMAI YANTI MANALU 152411026
PROGRAM STUDI D-3 METROLOGI DAN INSTRUMENTASI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2018
JULIA DAMAI YANTI MANALU
3 METROLOGI DAN INSTRUMENTASI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Diajukan Sebagai Syarat Memenuhi Tugas
PROGRAM STUDI D
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
LAPORAN PROJEK AKHIR 2
Diajukan Sebagai Syarat Memenuhi Tugas dan Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Ahli Madya
JULIA DAMAI YANTI MANALU 152411026
PROGRAM STUDI D-3 METROLOGI DAN INSTRUMENTASI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2018
Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar
JULIA DAMAI YANTI MANALU
3 METROLOGI DAN INSTRUMENTASI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PERANCANGAN ALAT PENGUKUR KADAR ALKOHOL MENGGUNAKAN SENSOR HCHO BERBASIS ARDUINO UNO R3
LAPORAN PROJEK AKHIR 2
Saya menyatakan bahwa laporan Projek Akhir 2 ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, 25 Juli 2018
JULIA DAMAI YANTI MANALU 152411026
Judul : Perancangan Alat Pengukur Kadar Alkohol
menggunakan sensor HCHO berbasis Arduino Uno R3
Kategori : Laporan Tugas Akhir
Nama : Julia Damai Yanti Manalu
Nomor Induk Mahasiswa : 152411026
Program Studi : Diploma Tiga (D-3) Metrologi dan Instrumentasi
Departemen : Fisika
Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Disetujui di Medan, 25 Juli 2018
Ketua Program Studi Dosen Pembimbing
D3 Metrologi dan Instrumentasi Projek Akhir
Dr. Diana Alemin Barus, M.Sc Drs. Takdir Tamba, M.Eng.,Sc NIP. 19660s729 199203 2 002 NIP. 19600603 198601 1 002
MENGGUNAKAN SENSOR HCHO BERBASIS ARDUINO UNO R3
ABSTRAK
Telah dirancang dan dibuat sebuah alat untuk mengukur Kadar Alkohol pada Minuman dan Parfum dengan Menggunakan Sensor HCHO. Alat ini berfungsi untuk mengukur Nilai Kadar Alkohol. Sebuah alat atau instrumen dapat didefinisikan sebagai sebuah alat yang digunakan untuk menentukan nilai atau besaran dari suatu kuantitas atau variabel. Alat ukur atau instrumen, dari segi kemampuan harus memiliki ketelitian dan ketepatan. Setiap alat ukur atau instrumen juga dianggap baik dan layak apabila telah dibuktikan dengan suatu pengujian alat, yang disebut dengan kalibrasi alat.pengukuran.. Alat ini bekerja secara otomatis dengan merespon berapa besar kadar alkohol yang dideteksi oleh sensor. Arduino kemudian memproses kadar alkohol tersebut dan memberikan output yang telah di program sebelumnya.
Kata Kunci: Alkohol, Arduino Uno R3, Parfum, Sensor HCHO
EQUIPMENT USING HCHO SENSOR BASED ARDUINO UNO R3
ABSTRACT
It has been designed and made a tool for measuring Alcohol Level on Drink and Perfume by Using HCHO Sensor. This tool serves to measure the value of alcohol content. A tool or instrument can be defined as a tool used to determine the value or magnitude of a quantity or variable. Measuring instruments or instruments, in terms of ability must have precision and accuracy. Each measuring instrument or instrument is also considered good and feasible if it has been proven by a test tool, called the calibration of measuring tools. This tool works automatically by responding to how much alcohol content is detected by the sensor. The Arduino then processes the alcohol content and gives the output already in the previous program.
Keywords: Alcohol, Arduino Uno R3, Perfume, HCHO Sensor
Hanya oleh karena Anugerah Tuhan Yesus Kristus semata alat ukur ini dapat diselesaikan. Penulis sungguh mengucapkan syukur atas segala hikmat dan pertolongan yang telah diberikanNya; karena penulis sadar, tanpa Dia penulis tidak akan mampu mengerjakannya. Selama masa-masa akhir menuntut pendidikan mencapai gelar Ahli Madya pada Program Studi D3 Metrologi dan Instrumentasi.
Dalam kesempatan ini penulis menyampaikan rasa hormat dan ucapan terima kasih yang sebesar- besarnya untuk keluarga tercinta yang membantu saya untuk menyelesaikan segala sesuatunya dengan baik, terima kasih Ayah saya A. Manalu dan Ibu saya R. Gultom atas kasih sayang dan kepercayaan yang telah diberikan, serta Kakak saya Febrin Yessy Manalu dan Adik Laki-laki saya Alfonso Mangaratua Manalu terima kasih buat dukungannya, doa dan motivasi yang diberikan dari awal mulai perkuliahan sampai penulisan Projek Akhir ini serta buat seluruh keluarga yang telah membantu, mendukung dan memberikan waktu, bimbingan serta support terhadap pendidikan saya hingga bisa berkembang seperti sekarang.
Penulis menyadari bahwa tersusunnya Projek Akhir ini dari doa, perhatian, bimbingan, motivasi dan dukungan berbagai pihak, sehingga dengan keikhlasan dan kerendahan hati pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Dr. Kerista Sebayang M.S, selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
2. Ibu Dr. Diana Alemin Barus M.Sc, selaku Ketua Program Studi D3 Metrologi dan Instrumentasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
3. Bapak Drs. Takdir Tamba, M.Eng.,Sc selaku Dosen Pembimbing yang telah banyak membantu dan mendukung penulis dalam menyelesaikan Projek Akhir ini.
Universitas Sumatera Utara.
5. Seluruh Dosen dan Karyawan Program Studi D3 Metrologi dan Instrumentasi Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
6. Teman-teman kuliah terutama para teman seperjuangan saya yakni Juvenrius Oimolala Harefa dan Claudia Frisda Sinulingga (Hasemeleh) di D3 Metrologi dan Instrumentasi serta teman yang selalu menyemangati dari SMP yakni Meiliani Hagina Br.Karo begitu pula dengan teman seperjuangan Rohani saya Eva Mart Manalu, Wita Kristianty Sirait, Destiur Nababan, Monalisa Peranginangin (Jalan-Jalan Squad) terima kasih atas ide, saran, dukungan, dan kerja samanya selama ini.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam pembuatan Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari pembaca yang bersifat membangun dalam penyempurnaan Tugas Akhir ini.
Semoga laporan ini menjadi ibadah yang baik bagi penulis dan menjadi ilmu yang bermanfaat bagi pembaca.
Medan, 25 Juli 2018 Hormat Saya,
Julia Damai Yanti Manalu
Halaman
PENGESAHAN LAPORAN TUGAS AKHIR i
ABSTRAK ii
ABSTRACT iii
PENGHARGAAN iv
DAFTAR ISI vi
DAFTAR TABEL viii
DAFTAR GAMBAR ix
DAFTAR LAMPIRAN x
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Rumusan Masalah 1
1.3 Batasan Masalah 2
1.4 Tujuan Penulisan 2
1.5 Manfaat Penulisan 2
1.6 Sistematika Penulisan 3
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Alkohol 4
2.2 Sensor 6
2.2.1 Karakteristik Sensor 6
2.2.2 Jenis-Jenis Sensor 8
2.3 Sensor Alkohol 11
2.4 Arduino 12
2.4.1 Sejarah Singkat 12
2.4.2 Jenis-Jenis Arduino 13
2.5 Arduino Uno R3 15
2.6 LCD (Liquid Crystal Display) 20
2.6.1 Susunan Alamat pada LCD 21
BAB 3 METODE PENELITIAN
3.1 Diagram Blok Rangkaian 23
3.2 Perancangan Hardware
3.2.1 Rangkaian Sensor HCHO 24
3.2.2 Rangkaian Mikrokontroller Arduino UNO R3 24 3.2.3 Skematik dan Input/Output pins arduino UNO R3 26 3.2.4 Koneksi LCD dengan mikrokontroller 26 3.2.5 Koneksi LCD dengan mikrokontroller 27 3.2.6 Koneksi sensor HCHO dengan mikrokontroller 28
3.3 Perancangan Software 29
3.3.1 Flowcart (Diagram Alir) 29
4.2.1 Pengujian Baterai 31 4.2.2 Pengujian LCD (Liquid Crystal Display) 32 4.2.3 Pengujian rangkaian Arduino uno R3 33
4.2.4 Pengukuran Rangkaian sensor HCHO 35
4.2.5 Pengujian Alat Secara Keseluruhan 35
4.2.6 Pembahasan 37
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan 39
5.2 Saran 39
DAFTAR PUSTAKA 40
LAMPIRAN 41
Nomor Judul Halaman Tabel
2.1 Spesifikasi Arduino Uno 16
3.1 Spesifikasi PIN 25
4.1 Data Pengujian Arduino 34
4.2 Hasil pengukuran HCHO sensor 35
4.3 Data yang tampil pada LCD 38
Nomor Judul Halaman Gambar
2.1 Hubungan dari dua buah sensor panas (a) tanggapan linier
(b) tanggapan non-linier 6
2.2 Perubahan temperatur (a) perubahan lambat (b) perubahan cepat 7
2.3 Sensor HCHO 11
2.4 Tampilan depan dan belakang Arduino 16
2.5 Mikrokontroler atmega328 17
2.6 Baris LCD 20
2.7 Susunan kaki pada LCD 22
3.1 Block Diagram 23
3.2 Rangkaian Sensor HCHO 24
3.3 Skematik keseluruhan rangkaian 25
3.4 Skematik Input/Output Arduino UNO R3 26
3.5 Koneksi dengan mikrokontroller arduino 27
3.6 Konektor Arduino dengan LCD 27
3.7 Koneksi HCHO sensor dengan mikrokontroller arduino 28
3.8 Diagram Alir Alat Ukur Kadar Alkohol 29
4.1 Pengujian Baterai 31
4.2 Ha Pengujian tamoilan LCD 33
4.3 Pengujian Arduino 34
4.4 (a) Hasil Uji Vodka (b) Hasil Uji Sea Horse’s (c) Hasil Uji Bravas
XOX Man (d) Hasil Uji Victoria Body Scent 37
Nomor Judul Halaman Lampiran
1. Lampiran I (Data Sheet Arduino) 42
2. Lampiran II (Data Sheet Sensor HCHO) 48
3. Lampiran III (Data Sheet LCD) 51
4. Lampiran IV (Aplikasi Program) 54
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perkembangan teknologi sekarang ini mengalami kemajuan yang sangat pesat. Alat alat dengan teknologi canggih telah banyak ditemukan seiring dengan kebutuhanmanusia yang semakin kompleks. Khususnya dibidang elekronika, segala aspek kehidupan manusia saat ini dan mendatang tidak akan lepas dari perkembanganteknologi ini. Beberapa hal-hal yang mengandung alkohol yang akan saya jadikan bahan sample pada projek akhir saya ini adalah parfume (minyak wangi) dan minuman yang mengandung alkohol.Penggunaan etanol atau alkohol sebagai minuman sudah dikenal luas. Karena jumlah pemakaian etanol dalam minuman sangat banyak, maka tidak mengherankan keracunan akut maupun kronis akibat etanol sering terjadi. Alkohol di Indonesia sudah menjadi lazim dan diterima dalam pergaulan sosial. Namun seringkali dikonsumsi berlebihan sehingga menjadi penyebab utama kecelakaanlalul intas yang fatal.
Parfum atau minyak wangi adalah campuran minyak esensial dan senyawa aroma, fiksatif, dan pelarut yang digunakan untuk memberikan bau wangi untuk tubuh manusia, objek, atau ruangan. Bagi orang-orang yang menghirup aroma parfum yang berlebihan dapat menimbulkan penyakit asma. Parfum dapat juga menimbulkan efek sakit kepala apabila parfum yang terhirup terlalu menyengat.
Selain itu, bahan kimia pada parfum dapat menimbulkan dampak negatif pada lingkungan. Banyak beredar parfum yang beredar di pasaran. Hampir semua parfum mengandung alkohol. Biasanya parfum yang memiliki bau menyengat merupakan parfum yang mengandung alkohol yang tinggi. alkohol yang tinggi dalam parfum yang sering digunakan membahayakan penggunanya.
Alkohol tidak baik untuk kesehatan meskipun itu hanya ada di dalam parfum maupun minuman. Parfum dan minuman yang mengandung banyak alkohol berbahaya dan dapat menimbulkan efek tidak baik untuk tubuh. Maka dari itu, penulis tertarik membuat Projek Akhir yang berjudul Perancangan Alat Pengukur Kadar Alkohol Menggunakan Sensor Hcho Berbasis Arduino UNO R3.
1.2 Rumusan Masalah
Dari pembahasan latar belakang masalah uraian yang telah ada maka Projek Akhir II ini diarahkan pada permasalahan berikut:
1. Bagaimana cara mengukur kadar alkohol pada parfume dan minuman.
2. Bagaimana perinsip kerja sensor HCHO sebagai pengukur kadar alkohol.
3. Bagaimana prinsip kerja arduino uno R3 sebagai pemrosesan program.
1.3 Batasan Masalah
Mengingat keterbatasan waktu dan untuk menghindari topik yang tidak perlu maka penulis membatasi pembahasan pembuatan alat ini. Adapun permasalahan ini adalah :
1. Hasil pembacaan pengukuran ditampilkan pada LCD dalam bentuk persen.
2. Pada sensor HCHO apakah berfungsi untuk mengukur kadar alkohol saja atau bisa berupa gas lainnya.
3. Kadar alkohol yang diuji hanya pada parfume dan minuman.
1.4 Tujuan Penulisan
Adapun maksud dan tujuan penulis melakukan penelitian ini adalah :
1. Dapat membuat sebuah program yang dapat mengaplikasikan sensor alcoholsehingga mempunyai output yang dapat langsung diamati manusia.
2. Memahami bagaimana cara mengintegrasikan program dalam sebuah system mikroprosesor terpadu untuk menghasilkan sebuah alat yang sederhana dantepat guna.
3. Meneliti batasan-batasan sensor dalam mendeteksi konsentrasi alkohol.
1.5 Manfaat Penulisan
Adapun manfaat pembahasan ini adalah :
1. Mempermudah dalam mengukur kadar alkohol lebih mudah
2. Meningkatkan efisiensi waktu dalam melakukan pengujian alkohol.
3. Mengetahui batas pemakaian alkohol pada parfume dan minuman.
1.6 Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah penulisan Projek Akhir II ini, penulis membuat suatu sistematika penulisan yang terdiri dari :
BAB I: PENDAHULUAN
Bab ini akan membahas latar belakang Projek Akhir, identifikasi masalah, batasan masalah, tujuan, metode penelitian, tinjauan pustaka, dan sistematika penulisan.
BAB II: LANDASAN TEORI
Bab ini akan menjelaskan tentang teori pendukung yang digunakan untuk pembahasan.
BAB III: PERANCANGAN DAN SISTEM KERJA RANGKAIAN
Bab ini membahas tentang perencanaan dan pembuatan sistem secara keseluruhan.
BAB IV: HASIL DAN PEMBAHASAN
Berisi tentang uji coba alat yang telah dibuat, pengoperasian dan spesifikasi alat dan lain-lain.
BAB V: PENUTUP
Sebagai bab terakhir penulis akan menguraikan beberapa kesimpulan dari uraian bab-bab sebelumnya, dan penulis akan berusaha memberikan saran yang mungkin bermanfaat.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Alkohol
Alkohol merupakan senyawa seperti air yang satu hidrogennya diganti oleh rantai atau cincin hidrokarbon. Sifat fisis alkohol, alkohol mempunyai titik didih yang tinggi dibandingkan alkana-alkana yang jumlah atom C nya sama. Hal ini disebabkan antara molekul alkohol membentuk ikatan hidrogen. Rumus umum alkohol R – OH, dengan R adalah suatu alkil baik alifatis maupun siklik. Dalam alkohol, semakin banyak cabang semakin rendah titik didihnya. Sedangkan dalam air, metanol, etanol, propanol mudah larut dan hanya butanol yang sedikit larut.
Alkohol dapat berupa cairan encer dan mudah bercampur dengan air dalam segala perbandingan.
Umumnya kata alkohol diartikan etanol atau dikenal dengan spirit of wine.
Etanol terbentuk dari fermentasi gula dan memiliki karakteristik tak berwarna, dan mudah menguap. Dan zaman dahulu, etanol digunakan sebagai depresan dan menyebabkan adiksi. Menurut ilmu kimia, alkohol adalah kumpulan senyawa organik yang memiliki gugus hidroksil yang terikat atom karbon dari alkil atau gugus alkil tersubstitusi, contoh : metanol, etanol, propanol, butanol, isopropil akohool, dsb.
Metanol merupakan suku pertama golongan alkohol dan biasanya dibuat dengan mereaksikan karbon monoksida dan hidrogen pada temperatur tinggi. Propanol dan butanol dibuat dengan cara fermentasi selulosa oleh bakteri Clostridium acetobutilicum.
Kata alkohol berasal dari bahasa arab dari kata alkuhul yang asalnya merupakan nama bubuk antimon sulfida yang digunakan sebagai antiseptik. Bubuk ini dibuat dengan sublimasi batuan stibnit dalam ruang tertutup. Selain itu ada yang menyatakan alkohol berasal dari kata al-gawl yang berarti setan. Alkohol digunakan sebagai bahan bakar mesin. Produk pembakaran etanol dan metanol lebih bersih dari bensin atau solar. Alkohol digunakan sebagai zat antibeku pada radiator mobil.
Alkohol juga digunakan sebagai reagen atau pelarut karena dapat melarutkan zat-zat nonpolar dan toksisitasnya rendah. Etanol sering digunakan sebagai pelarut obat-
obatan, parfum, dan essen. Etanol sering digunakan sebagai antiseptik. Alkohol juga digunakan sebagai pengawet spesimen.
Berdasarkan jenisnya, alkohol ditentukan oleh posisi atau letak gugus OH pada rantai karbon utama karbon. Ada tiga jenis alkohol antara lain alkohol primer, alkohol sekunder dan alkohol tersier. Alkohol primer yaitu alkohol yang gugus –OH nya terletak pada C primer yang terikat langsung pada satu atom karbon yang lain contohnya : CH3CH2CH2OH (C3H7O). Alkohol sekunder yaitu alkohol yang gugus - OH nya terletak pada atom C sekunder yang terikat pada dua atom C yang lain.
Alkohol tersier adalah alkohol yang gugus – OH nya terletak pada atom C tersier yang terikat langsung pada tiga atom C yang lain. CH3
CH3-CH2-CH2-CH2-OH butanol CH3-CH2-CH2-OH propanol
Alkohol alifatik merupakan cairan yang sifatnya sangat dipengaruhi oleh ikatan hidrogen. Dengan bertambah panjangnya rantai, pengaruh gugus hidroksil yang polar terhadap sifat molekul menurun. Sifat molekul yang seperti air berkurang, sebaliknya sifatnya lebih seperti hidrokarbon. Akibatnya alkohol dengan bobot molekul rendah cenderung larut dalam air, sedangkan alkohol berbobot molekul tinggi tidak demikian. Alkohol mendidih pada temperatur yang cukup tinggi. Sebagai suatu kelompok senyawa, fenol memiliki titik didih dan kelarutan yang sangat bervariasi, tergantung pada sifat subtituen yang menempel pada cincin benzena.
Suatu alkohol primer dapat dioksidasi menjadi aldehid atau asam karboksilat.
Alkohol sekunder dapat dioksidasi menjadi keton saja. Sedangkan pada alkohol tersier menolak oksidasi dengan larutan basa, dalam larutan asam, alkohol mengalami dehidrsi menghasilkan alkena yang kemudian dioksidasi.
Pada umumnya etanol disebut juga etil alkohol, alkohol murni, alkohol absolut, atau alkohol saja, adalah sejenis cairan yang mudah menguap, mudah terbakar, tak berwarna, dan merupakan alkohol yang paling sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Senyawa ini merupakan obat psikoaktif dan dapat ditemukan pada minuman beralkohol dan termometer modern. Etanol adalah salah satu obat rekreasi yang paling tua. Etanol termasuk ke dalam alkohol rantai tunggal, dengan rumus kimia C2H5OH dan rumus empiris C2H6O. Ia merupakan isomer konstitusional dari dimetil eter. Etanol sering disingkat menjadi EtOH, dengan "Et"
merupakan singkatan dari gugus etil (C2H5). Alkohol juga memacu tumbuhnya bakteri pengoksidasi alkohol yaitu yang mengubah alkohol menjadi asam asetat dan menyebakan rasa masam pada tape yang dihasilkan.
2.2 Sensor
Sensor adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah besaran mekanis, magnetis, panas, sinar, dan kimia menjadi besarn listrik berupa tegangan, resistansi dan arus listrik. Sensor sering digunakan untuk pendeteksian pada saat melakukan pengukuran atau pengendalian. Variabel keluaran dari sensor yang diubah menjadi besaran listrik disebut Transduser. Pada saat ini, sensor tersebut telah dibuat dengan ukuran sangat kecil dengan orde nanometer. Ukuran yang sangat kecil ini sangat memudahkan pemakaian dan menghemat energi.
D Sharon, dkk (1982), mengatakan sensor adalah suatu peralatan yang berfungsi untuk mendeteksi gejala-gejala atau sinyal-sinyal yang berasal dari perubahan suatu energi seperti energi listrik, energi fisika, energi kimia, energi biologi, energi mekanik dan sebagainya. Contoh; Camera sebagai sensor penglihatan, telinga sebagai sensor pendengaran, kulit sebagai sensor peraba, LDR (light dependent resistance) sebagai sensor cahaya, dan lainnya.
2.2.1 Karakteristik Sensor
Dalam memilih peralatan sensor yang tepat dan sesuai dengan sistem yang akan disensor maka perlu diperhatikan persyaratan umum sensor berikut ini :
A. Linearitas Sensor
Gambar 2.1 Hubungan dari dua buah sensor panas (a) tanggapan linier (b) tanggapan non-linier.
Ada banyak sensor yang menghasilkan sinyal keluaran yang berubah secara kontinyu sebagai tanggapan terhadap masukan yang berubah secara kontinyu.
Sebagai contoh, sebuah sensor panas dapat menghasilkan tegangan sesuai dengan panas yang dirasakannya. Dalam kasus seperti ini, biasanya dapat diketahui secara tepat bagaimana perubahan keluaran dibandingkan dengan masukannya berupa sebuah grafik.
B. Sensitivitas Sensor
Sensitivitas akan menunjukan seberapa jauh kepekaan sensor terhadap kuantitas yang diukur. Sensitivitas sering juga dinyatakan dengan bilangan yang menunjukan “perubahan keluaran dibandingkan unit perubahan masukan”. Beberepa sensor panas dapat memiliki kepekaan yang dinyatakan dengan “satu volt per derajat”, yang berarti perubahan satu derajat pada masukan akan menghasilkan perubahan satu volt pada keluarannya. Sensor panas lainnya dapat saja memiliki kepekaan “dua volt per derajat”, yang berarti memiliki kepakaan dua kali dari sensor yang pertama. Linieritas sensor juga mempengaruhi sensitivitas dari sensor. Apabila tanggapannya linier, maka sensitivitasnya juga akan sama untuk jangkauan pengukuran keseluruhan. Sensor dengan tanggapan pada gambar (b) akan lebih peka pada temperatur yang tinggi dari pada temperatur yang rendah.
C. Tanggapan Waktu Sensor (Respon Time)
Gambar 2.2 Perubahan temperatur (a) perubahan lambat (b) perubahan cepat
Tanggapan waktu pada sensor menunjukan seberapa cepat tanggapannya terhadap perubahan masukan. Sebagai contoh, instrumen dengan tanggapan frekuensi yang jelek adalah sebuah termometer merkuri. Masukannya adalah temperatur dan keluarannya adalah posisi merkuri. Misalkan perubahan temperatur terjadi sedikit demi sedikit dan kontinyu terhadap waktu seperti gambar 2.2 diatas.
Frekuensi adalah jumlah siklus dalam satu detik dan diberikan dalam satuan hertz (Hz). { 1 hertz berarti 1 siklus per detik, 1 kilohertz berarti 1000 siklus per detik]. Pada frekuensi rendah, yaitu pada saat temperatur berubah secara lambat, termometer akan mengikuti perubahan tersebut dengan “setia”. Tetapi apabila perubahan temperatur sangat cepat lihat gambar (b) maka tidak diharapkan akan melihat perubahan besar pada termometer merkuri, karena ia bersifat lamban dan hanya akan menunjukan temperatur rata-rata. Ada bermacam cara untuk menyatakan tanggapan frekuensi sebuah sensor. Misalnya “satu milivolt pada 500 hertz”.
Tanggapan frekuensi dapat pula dinyatakan dengan “decibel (db)”, yaitu untuk membandingkan daya keluaran pada frekuensi tertentu dengan daya keluaran pada frekuensi referensi.
2.2.2 Jenis-Jenis Sensor
Secara umum berdasarkan fungsi dan penggunaannya sensor dapat dikelompokan menjadi 8 bagian yaitu:
A. Sensor Proximity
Sensor proximity merupakan sensor atau saklar yang dapat mendeteksi adanya target jenis logam dengan tanpa adanya kontak fisik. Biasanya sensor ini terdiri dari alat elektronis solid-state yang terbungkus rapat untuk melindungi dari pengaruh getaran, cairan, kimiawi, dan korosif yang berlebihan. Sensor proximity dapat diaplikasikan pada kondisi penginderaan pada objek yang dianggap terlalu kecil atau lunak untuk menggerakkan suatu mekanis saklar. Bandingkan dengan pengertian ini: Proximity sensor merupakan perangkat yang mendeteksi keberadaan dan kedekatan objek baik berupa logam maupun non logam.
Proximity hanya mendeteksi "keberadaan" dan tidak memberi "kuantitas" dari objek. Maksudnya, jika mendeteksi logam maka keluaran dari detektor hanya "ada"
atau "tidak ada" logam. Proximity tidak memberikan informasi tentang kuantitas logam seperti jenis logam, ketebalan, jarak, suhu dll. Jadi hanya "ada atau tidak ada"
logam. Juga sama untuk non logam. Proximity untuk logam biasanya dengan
"inductive proximity" sedang untuk non logam dengan "capacitive proximity". Di depan disebutkan "perangkat" karena sensor proximity sudah merupakan sirkuit yang terdiri dari beberapa komponen untuk dirangkai menjadi sebuah sistem yang bekerja
sebagai proximity sensor. Bandingkan dengan sensor cahaya (misalnya) : LDR yang betul-betul stand alone/ komponen bukan suatu rangkaian elektronik.
B. Sensor Magnet
Sensor Magnet atau disebut juga relai buluh, adalah alat yang akan terpengaruh medan magnet dan akan memberikan perubahan kondisi pada keluaran.
Seperti layaknya saklar dua kondisi (on/off) yang digerakkan oleh adanya medan magnet di sekitarnya. Biasanya sensor ini dikemas dalam bentuk kemasan yang hampa dan bebas dari debu, kelembapan, asap ataupun uap.
C. Sensor Sinar
Sensor sinar terdiri dari 3 kategori. Fotovoltaic atau sel solar adalah alat sensor sinar yang mengubah energi sinar langsung menjadi energi listrik, dengan adanya penyinaran cahaya akan menyebabkan pergerakan elektron dan menghasilkan tegangan. Demikian pula dengan Fotokonduktif (fotoresistif) yang akan memberikan perubahan tahanan (resistansi) pada sel-selnya, semakin tinggi intensitas cahaya yang terima, maka akan semakin kecil pula nilai tahanannya. Sedangkan Fotolistrik adalah sensor yang berprinsip kerja berdasarkan pantulan karena perubahan posisi/jarak suatu sumber sinar (inframerah atau laser) ataupun target pemantulnya, yang terdiri dari pasangan sumber cahaya dan penerima.
D. Sensor Ultrasonik
Sensor ultrasonik bekerja berdasarkan prinsip pantulan gelombang suara, di mana sensor ini menghasilkan gelombang suara yang kemudian menangkapnya kembali dengan perbedaan waktu sebagai dasar penginderaannya. Perbedaan waktu antara gelombang suara dipancarkan dengan ditangkapnya kembali gelombang suara tersebut adalah berbanding lurus dengan jarak atau tinggi objek yang memantulkannya. Jenis objek yang dapat diindera di antaranya adalah: objek padat, cair, butiran maupun tekstil.
E. Sensor Tekanan
Sensor tekanan - sensor ini memiliki transduser yang mengukur ketegangan kawat, di mana mengubah tegangan mekanis menjadi sinyal listrik. Dasar penginderaannya pada perubahan tahanan pengantar (transduser) yang berubah akibat perubahan panjang dan luas penampangnya.
F. Sensor Kecepatan (RPM)
Proses penginderaan sensor kecepatan merupakan proses kebalikan dari suatu motor, di mana suatu poros/object yang berputar pada suatui generator akan menghasilkan suatu tegangan yang sebanding dengan kecepatan putaran object.
Kecepatan putar sering pula diukur dengan menggunakan sensor yang mengindera pulsa magnetis (induksi) yang timbul saat medan magnetis terjadi.
G. Sensor Penyandi (Encoder)
Sensor Penyandi (Encoder) digunakan untuk mengubah gerakan linear atau putaran menjadi sinyal digital, di mana sensor putaran memonitor gerakan putar dari suatu alat. Sensor ini biasanya terdiri dari 2 lapis jenis penyandi, yaitu; Pertama, Penyandi rotari tambahan (yang mentransmisikan jumlah tertentu dari pulsa untuk masing-masing putaran) yang akan membangkitkan gelombang kotak pada objek yang diputar. Kedua, Penyandi absolut (yang melengkapi kode binary tertentu untuk masing-masing posisi sudut) mempunyai cara kerja sang sama dengan perkecualian, lebih banyak atau lebih rapat pulsa gelombang kotak yang dihasilkan sehingga membentuk suatu pengkodean dalam susunan tertentu.
H. Sensor Suhu
Terdapat 4 jenis utama sensor suhu yang umum digunakan, yaitu thermocouple (T/C) resistance temperature detector (RTD), termistor dan IC sensor.
Thermocouple pada intinya terdiri dari sepasang transduser panas dan dingin yang disambungkan dan dilebur bersama, di mana terdapat perbedaan yang timbul antara sambungan tersebut dengan sambungan referensi yang berfungsi sebagai pembanding. Resistance Temperature Detector (RTD) memiliki prinsip dasar pada tahanan listrik dari logam yang bervariasi sebanding dengan suhu. Kesebandingan variasi ini adalah presisi dengan tingkat konsisten/kestabilan yang tinggi pada pendeteksian tahanan. Platina adalah bahan yang sering digunakan karena memiliki tahanan suhu, kelinearan, stabilitas dan reproduksibilitas. Termistor adalah resistor yang peka terhadap panas yang biasanya mempunyai koefisien suhu negatif, karena saat suhu meningkat maka tahanan menurun atau sebaliknya. Jenis ini sangat peka dengan perubahan tahan 5% per C sehingga mampu mendeteksi perubahan suhu yang kecil. Sedangkan IC Sensor adalah sensor suhu dengan rangkaian terpadu yang
menggunakan chipsilikon untuk kelemahan penginderanya. Mempunyai konfigurasi output tegangan dan arus yang sangat linear.
2.3 Sensor Alkohol
HCHO Sensor adalah sensor gas VOC semikonduktor. Desainnya didasarkan pada WSP2110 yang konduktivitasnya berubah dengan konsentrasi gas VOC di udara. Melalui rangkaian, konduktivitas dapat dikonversi menjadi sinyal keluaran yang sesuai dengan konsentrasi gas. Sensor ini bias mendeteksi gas yang konsentrasinya sampai 1ppm. Ini cocok untuk mendeteksi formaldehida, benzena, toluena dan komponen volatil lainnya. Produk ini bisa digunakan untuk mendeteksi gas berbahaya di lingkungan rumah.
Gambar 2.3 Sensor HCHO
Alkohol merupakan zat yang mudah menguap dengan satuan konsentrasi ppm ( Part Per Million ). Oleh karena itu, diperlukan suatu sensor gas yang sangat sensitif dalam mendeteksi gas etanol tersebut. Model sensor yang digunakan adalah HCHO yang diproduksi oleh Hanwai Electronics. Sensor ini cocok digunakan untuk mendeteksi kadar alkohol dalam pengujian. Rangkaian driver untuk sensor HCHO sangat sederhana, hanya perlu 1 buah variabel resistor. Output dari sensor berupa teganggan analog yang sebanding dengan gass alkohol yang diterima. Antarmuka yang digunakan cukup sederhana, bisa menggunakan ADC yang dapat merespon teganggan 0 volt – 3,3 volt saja. Nilai resistor yang dipasang harus dibedakan untuk berbagai jenis konsentrasi gas. Jadi perlu dikalibrasi untuk 0,04 mg/L (sekitar 200 ppm) konsentrasi alkohol di udara dan resistansi pada output sekitar 200KΩ (100KΩ-470KΩ).
2.4 Arduino
Arduino adalah pengendali mikro single-board yang bersifat open-source, diturunkan dari Wiring platform, dirancang untuk memudahkan penggunaan elektronik dalam berbagai bidang. Hardwarenya memiliki prosesor Atmel AVR dan softwarenya memiliki bahasa pemrograman sendiri.
Arduino juga merupakan platform hardware terbuka yang ditujukan kepada siapa saja yang ingin membuat purwarupa peralatan elektronik interaktif berdasarkan hardware dan software yang fleksibel dan mudah digunakan. Mikrokontroler diprogram menggunakan bahasa pemrograman arduino yang memiliki kemiripan syntax dengan bahasa pemrograman C. Karena sifatnya yang terbuka maka siapa saja dapat mengunduh skema hardware arduino dan membangunnya.
Arduino menggunakan keluarga mikrokontroler ATMega yang dirilis oleh Atmel sebagai basis, namun ada individu/perusahaan yang membuat clone arduino dengan menggunakan mikrokontroler lain dan tetap kompatibel dengan arduino pada level hardware. Untuk fleksibilitas, program dimasukkan melalui bootloader meskipun ada opsi untuk mem-bypass bootloader dan menggunakan downloader untuk memprogram mikrokontroler secara langsung melalui port ISP.
2.4.1 Sejarah Singkat
Semuanya berawal dari sebuah thesis yang dibuat oleh Hernando Baragan, di Institute Ivrea, Italia pada tahun 2005, dikembangkan oleh Massimo Banzi dan David Cuartielles dan diberi nama Arduin of Ivrea. Lalu diganti nama menjadi Arduino yang dalam bahasa Italia berarti teman yang berani. Tujuan awal dibuat Arduino adalah untuk membuat perangkat mudah dan murah, dari perangkat yang ada saat itu.
Dan perangkat tersebut ditujukan untuk para siswa yang akan membuat perangkat desain dan interaksi. Saat ini tim pengembangnya adalah Massimo Banzi, David Cuartielles, Tom Igoe, Gianluca Martino, David Mellis, dan Nicholas Zambetti.
Mereka mengupayakan 4 hal dalam Arduino ini, yaitu:
1. Harga terjangkau
2. Dapat dijalankan diberbagai sistem operasi, Windows, Linux, Mac, dan sebagainya.
3. Sederhana, dengan bahasa pemograman yang mudah bisa dipelajari orang awam, bukan untuk orang teknik saja.
4. Open Source, hardware maupun software.
Sifat Arduino yang Open Source, membuat Arduino berkembang sangat cepat.
Sehingga banyak lahir perangkat-perangkat sejenis Arduino. Seperti DFRDuino atau Freeduino, sedangkan untuk lokal ada CipaDuino yang dibuat oleh SKIR70, lalu ada MurmerDuino yang dibuat oleh Robot Unyil, ada lagi AViShaDuino yang salah satu pembuatnya adalah Admin Kelas Robot.
Sampai saat ini pihak resmi, sudah membuat berbagai jenis-jenis Arduino.
Mulai dari yang paling mudah dicari dan paling banyak digunakan, yaitu Arduino Uno. Hingga Arduino yang sudah menggunakan ARM Cortex, berbentuk Mini PC.
Hingga saat ini sudah ada ratusan ribu Arduino yang digunakan digunakan di dunia sejak tahun 2011. Arduino juga sudah dipakai oleh perusahaan-perusahaan besar, contohnya Google menggunakan Arduino untuk Accessory Development Kit, NASA memakai Arduino untuk prototypin, ada lagi Large Hadron Colider memakai Arduino dalam beberapa hal untuk pengumpulan data.
2.4.2 Jenis-Jenis Arduino
Seperti Microcontroller yang banyak jenisnya, Arduino lahir dan berkembang, kemudian muncul dengan berbagai jenis. Diantaranya adalah:
A. Arduino Uno
Jenis yang ini adalah yang paling banyak digunakan. Terutama untuk pemula sangat disarankan untuk menggunakan Arduino Uno. Banyak sekali referensi yang membahas Arduino Uno. Versi yang terakhir adalah Arduino Uno R3 (Revisi 3), menggunakan ATMEGA328 sebagai Microcontrollernya, memiliki 14 pin I/O digital dan 6 pin input analog. Untuk pemprograman cukup menggunakan koneksi USB type A to To type B. Sama seperti yang digunakan pada USB printer.
B. Arduino Due
Berbeda dengan saudaranya, Arduino Due tidak menggunakan ATMEGA, melainkan dengan chip yang lebih tinggi ARM Cortex CPU. Memiliki 54 I/O pin digital dan 12 pin input analog. Untuk pemrogramannya menggunakan Micro USB, terdapat pada beberapa handpone.
C. Arduino Mega
Mirip dengan Arduino Uno, sama-sama menggunakan USB type A to B untuk pemprogramannya. Tetapi Arduino Mega, menggunakan Chip yang lebih tinggi ATMEGA2560. Dan tentu saja untuk Pin I/O Digital dan pin input Analognya lebih banyak dari Uno.
D. Arduino Leonardo
Bisa dibilang Leonardo adalah saudara kembar dari Uno. Dari mulai jumlah pin I/O digital dan pin input Analognya sama. Hanya pada Leonardo menggunakan Micro USB untuk pemprogramannya.
E. Arduino Fio
Bentuknya lebih unik, terutama untuk socketnya. Walau jumlah pin I/O digital dan input analognya sama dengan uno dan leonardo, tapi Fio memiliki Socket XBee. XBee membuat Fio dapat dipakai untuk keperluan projek yang berhubungan dengan wireless.
F. Arduino Lilypad
Bentuknya yang melingkar membuat Lilypad dapat dipakai untuk membuat projek unik. Seperti membuat amor iron man misalkan. Hanya versi lamanya menggunakan ATMEGA168, tapi masih cukup untuk membuat satu projek keren.
Dengan 14 pin I/O digital, dan 6 pin input analognya.
G. Arduino Nano
Sepertinya namanya, Nano yang berukulan kecil dan sangat sederhana ini, menyimpan banyak fasilitas. Sudah dilengkapi dengan FTDI untuk pemograman lewat Micro USB. 14 Pin I/O Digital, dan 8 Pin input Analog (lebih banyak dari Uno). Dan ada yang menggunakan ATMEGA168, atau ATMEGA328.
H. Arduino Mini
Fasilitasnya sama dengan yang dimiliki Nano. Hanya tidak dilengkapi dengan Micro USB untuk pemograman. Dan ukurannya hanya 30 mm x 18 mm saja.
I. Arduino Micro
Ukurannya lebih panjang dari Nano dan Mini. Karena memang fasilitasnya lebih banyak yaitu; memiliki 20 pin I/O digital dan 12 pin input analog.
J. Arduino Ethernet
Ini arduino yang sudah dilengkapi dengan fasilitas ethernet. Membuat
Arduino kamu dapat berhubungan melalui jaringan LAN pada komputer. Untuk fasilitas pada Pin I/O Digital dan Input Analognya sama dengan Uno.
K. Arduino Esplora
Rekomendasi bagi kamu yang mau membuat gadget sepeti Smartphone, karena sudah dilengkapi dengan Joystick, button, dan sebagainya. Kamu hanya perlu tambahkan LCD, untuk lebih mempercantik Esplora.
L. Arduino Robot
Ini adalah paket komplit dari Arduino yang sudah berbentuk robot. Sudah dilengkapi dengan LCD, Speaker, Roda, Sensor Infrared, dan semua yang kamu butuhkan untuk robot sudah ada pada Arduino ini.
2.5 Arduino UNO R3
Arduino Uno R3 adalah papan pengembangan (development board) mikrokontroler yang berbasis chip ATmega328P. Disebut sebagai papan pengembangan karena board ini memang berfungsi sebagai arena prototyping sirkuit mikrokontroller. Dengan menggunakan papan pengembangan, anda akan lebih mudah merangkai rangkaian elektronika mikrokontroller dibanding jika anda memulai merakit ATMega328 dari awal di breadboard.
Arduino UNO adalah papan mikrokontroler, berdasarkan ATmega8 / 168/328, UNO R3 mayor di ATmega328. Arduino UNO R3 memiliki 14 pin input / output digital (yang mencakup sekitar 6 pin output PWM), 6 input analog dan satu resonator keramik 16MHz, satu koneksi USB dan Power jack, sebuah header ICSP (In Circuit Serial Programming) (seperti MAX232, pemrograman RS232). Hal tersebut adalah semua yang diperlukan untuk mendukung sebuah rangkaian mikrokontroler. Cukup dengan menghubungkannya ke komputer dengan kabel USB atau diberi power dengan adaptor AC-DC atau baterai, anda sudah dapat bermain- main dengan Arduino UNO anda tanpa khawatir akan melakukan sesuatu yang salah.
Kemungkinan paling buruk hanyalah kerusakan pada chip ATMega328, yang bisa anda ganti sendiri dengan mudah dan dengan harga yang relatif murah.
Kata " Uno " berasal dari bahasa Italia yang berarti "satu", dan dipilih untuk menandai peluncuran Software Arduino (IDE) versi 1.0. Arduino. Sejak awal peluncuran hingga sekarang, Uno telah berkembang menjadi versi Revisi 3 atau
biasa ditulis REV 3 atau R3. Software Arduino IDE, yang bisa diinstall di Windows maupun Mac dan Linux, berfungsi sebagai software yang membantu anda memasukkan (upload) program ke chip ATMega328 dengan mudah.
Gambar 2.4 Tampilan depan dan belakang Arduino Tabel 2.1 Spesifikasi Arduino Uno
Microcontroller ATmega328
Operating Voltage 5V
Input Voltage (recommended) 7-12V Input Voltage (limits) 6-20V
Digital I/O Pins 14 (of which 6 provide PWM output)
Analog Input Pins 6
DC Current per I/O Pin 40 mA DC Current for 3.3V Pin 50 mA
Flash Memory 32 KB (ATmega328) of which 0.5 KB used by bootloader
SRAM 2 KB (ATmega328)
EEPROM 1 KB (ATmega328)
Clock Speed 16 MHz
Pemrograman board Arduino dilakukan dengan menggunakan Arduino Software (IDE) yang bisa anda dapatkan gratis disini. Chip ATmega328 yang terdapat pada Arduino Uno R3 telah diisi program awal yang sering disebut bootloader. Bootloader tersebut yang bertugas untuk memudahkan anda melakukan pemrograman lebih sederhana menggunakan Arduino Software, tanpa harus menggunakan tambahan hardware lain. Cukup hubungkan Arduino dengan kabel USB ke PC atau Mac/Linux anda, jalankan software Arduino Software (IDE), dan anda sudah bisa mulai memrogram chip ATmega328. Lebih mudah lagi, di dalam Arduino Software sudah diberikan banyak contoh program yang memanjakan anda dalam belajar mikrokontroller. Untuk pengguna mikrokontroller yang sudah lebih mahir, anda dapat tidak menggunakan bootloader dan melakukan pemrograman langsung via header ICSP (In Circuit Serial Programming) dengan menggunakan
Arduino ISP. Arduino Uno R3 telah dilengkapi dengan chip ATmega16U2 yang telah diprogram sebagai konverter USB to Serial.
Gambar 2.5 Mikrokontroler atmega328
Proteksi Development board Arduino Uno R3 telah dilengkapi dengan polyfuse yang dapat direset untuk melindungi port USB komputer/laptop anda dari korsleting atau arus berlebih. Meskipun kebanyakan komputer telah memiliki perlindungan port tersebut didalamnya namun sikring pelindung pada Arduino Uno memberikan lapisan perlindungan tambahan yang membuat anda bisa dengan tenang menghubungkan Arduino ke komputer anda. Jika lebih dari 500mA ditarik pada port USB tersebut, sirkuit proteksi akan secara otomatis memutuskan hubungan, dan akan menyambung kembali ketika batasan aman telah kembali.
Power Supply Board Arduino Uno dapat ditenagai dengan power yang diperoleh dari koneksi kabel USB, atau via power supply eksternal. Pilihan power yang digunakan akan dilakukan secara otomatis External power supply dapat diperoleh dari adaptor AC-DC atau bahkan baterai, melalui jack DC yang tersedia, atau menghubungkan langsung GND dan pin Vin yang ada di board. Board dapat beroperasi dengan power dari external power supply yang memiliki tegangan antara 6V hingga 20V. Namun ada beberapa hal yang harus anda perhatikan dalam rentang tegangan ini. Jika diberi tegangan kurang dari 7V, pin 5V tidak akan memberikan nilai murni 5V, yang mungkin akan membuat rangkaian bekerja dengan tidak sempurna. Jika diberi tegangan lebih dari 12V, regulator tegangan bisa over heat yang pada akhirnya bisa merusak pcb. Dengan demikian, tegangan yang di rekomendasikan adalah 7V hingga 12V. Beberapa pin power pada Arduino Uno :
GND. Ini adalah ground atau negatif.
Vin. Ini adalah pin yang digunakan jika anda ingin memberikan power langsung ke board Arduino dengan rentang tegangan yang disarankan 7V - 12V
Pin 5V. Ini adalah pin output dimana pada pin tersebut mengalir tegangan 5V yang telah melalui regulator
3V3. Ini adalah pin output dimana pada pin tersebut disediakan tegangan 3.3V yang telah melalui regulator
IOREF. Ini adalah pin yang menyediakan referensi tegangan mikrokontroller.
Biasanya digunakan pada board shield untuk memperoleh tegangan yang sesuai, apakah 5V atau 3.3V
Memori Chip ATmega328 pada Arduino Uno R3 memiliki memori 32 KB, dengan 0.5 KB dari memori tersebut telah digunakan untuk bootloader. Jumlah SRAM 2 KB, dan EEPROM 1 KB, yang dapat di baca-tulis dengan menggunakan EEPROM library saat melakukan pemrograman.
Komunikasi Arduino Uno R3 memiliki beberapa fasilitas untuk berkomunikasi dengan komputer, berkomunikasi dengan Arduino lainnya, atau dengan mikrokontroller lain nya. Chip Atmega328 menyediakan komunikasi serial UART TTL (5V) yang tersedia di pin 0 (RX) dan pin 1 (TX). Chip ATmega16U2 yang terdapat pada board berfungsi menterjemahkan bentuk komunikasi ini melalui USB dan akan tampil sebagai Virtual Port di komputer. Firmware 16U2 menggunakan driver USB standar sehingga tidak membutuhkan driver tambahan.
Pada Arduino Software (IDE) terdapat monitor serial yang memudahkan data textual untuk dikirim menuju Arduino atau keluar dari Arduino. Led TX dan RX akan menyala berkedip-kedip ketika ada data yang ditransmisikan melalui chip USB to Serial via kabel USB ke komputer. Untuk menggunakan komunikasi serial dari digital pin, gunakan SoftwareSerial 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.
Reset Otomatis (software) Biasanya, ketika anda melakukan pemrograman mikrokontroller, anda harus menekan tombol reset sesaat sebelum melakukan upload program. Pada Arduino Uno, hal ini tidak lagi merepotkan anda. Arduino Uno telah dilengkapi dengan auto reset yang dikendalikan oleh software pada komputer yang terkoneksi. Salah satu jalur flow control (DTR) dari ATmega16U pada Arduino Uno R3 terhubung dengan jalur reset pada ATmega328 melalui sebuah kapasitor 100nF.
Ketika jalur tersebut diberi nilai LOW, mikrokontroller akan di reset. Dengan demikian proses upload akan jauh lebih mudah dan anda tidak harus menekan tombol reset pada saat yang tepat seperti biasanya.
Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, Arduino Uno memiliki 14 buah digital pin yang dapat digunakan sebagai input atau output, sengan menggunakan fungsi pinMode(), digitalWrite(), dan digital(Read). Pin-pin tersebut bekerja pada tegangan 5V, dan setiap pin dapat menyediakan atau menerima arus 20mA, dan memiliki tahanan pull-up sekitar 20-50k ohm (secara default dalam posisi disconnect). Nilai maximum adalah 40mA, yang sebisa mungkin dihindari untuk menghindari kerusakan chip mikrokontroller.
Beberapa pin memiliki fungsi khusus :
Serial, terdiri dari 2 pin : pin 0 (RX) dan pin 1 (TX) yang digunakan untuk menerima (RX) dan mengirim (TX) data serial.
External Interrups, yaitu pin 2 dan pin 3. Kedua pin tersebut dapat digunakan untuk mengaktifkan interrups. Gunakan fungsi attachInterrupt()
PWM: Pin 3, 5, 6, 9, 10, dan 11 menyediakan output PWM 8-bit dengan menggunakan fungsi analogWrite()
SPI : Pin 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), dan 13 (SCK) mendukung komunikasi SPI dengan menggunakan SPI Library
LED : Pin 13. Pada pin 13 terhubung built-in led yang dikendalikan oleh digital pin no 13.
TWI : Pin A4 (SDA) dan pin A5 (SCL) yang mendukung komunikasi TWI dengan menggunakan Wire Library
Arduino Uno memiliki 6 buah input analog, yang diberi tanda dengan A0, A1, A2, A3, A4, A5. Masing-masing pin analog tersebut memiliki resolusi 10 bits (jadi bisa memiliki 1024 nilai). Secara default, pin-pin tersebut diukur dari ground ke 5V, namun bisa juga menggunakan pin AREF dengan menggunakan fungsi analog.
Beberapa in lainnya pada board ini adalah :
AREF. Sebagai referensi tegangan untuk input analog.
Reset. Hubungkan ke LOW untuk melakukan reset terhadap mikrokontroller.
Sama dengan penggunaan tombol reset yang tersedia.
2.6 LCD (Liquid Cristal Display)
Berfungsi untuk menampilkan karakter angka, huruf ataupun simbol dengan lebih baik dan dengan konsumsi arus yang rendah. LCD (Liquid Cristal Display) dot matrik M1632 merupakan modul LCD buatan hitachi. Modul LCD (Liquid Cristal Display) dot matrik M1632 terdiri dari bagian penampil karakter (LCD) yang berfungsi menampilkan karakter dan bagian sistem prosesor LCD dalam bentuk modul dengan mikrokontroler yang diletakan dibagian belakan LCD tersebut yang berfungsi untuk mengatur tampilan LCD serta mengatur komunikasi antara LCD dengan mikrokontroler yang menggunakan modul LCD tersebut. LCD M1632 merupakan modul LCD dengan tampilan 2×16 (2 baris x 16 kolom) dengan konsumsi daya rendah. DB0 – DB7 adalah jalur data (data bus) yang berfungsi sebagai jalur komunikasi untuk mengirimkan dan menerima data atau instruksi dari mikrokontrooler ke modul LCD.
1. RS adalah pin yang berfungsi sebagai selektor register (register sellect) yaitu dengan memberikan logika low (0) sebagai register perintah dan logika high (1) sebagai register data.
2. R/W adalah pin yang berfungsi untuk menentukan mode baca atau tulis dari data yang terdapat pada DB0 – DB7. Yaitu dengan memberikan logika low (0) untuk fungsi read dan logika high (1) untuk mode write.
3. Enable (E), berfungsi sebagai Enable Clock LCD, logika 1 setiap kali pengiriman atau pembacaan data.
Gambar 2.6 Baris LCD
Penulisan data ke Register Perintah dilakukan dengan tujuan mengatur tampilan LCD, inisialisasi dan mengatur Address Counter maupun Address Data.
Kondisi RS berlogika 0 menunjukkan akses data ke Register Perintah. RW berlogika 0 yang menunjukkan proses penulisan data akan dilakukan. Nibble tinggi (bit 7 sampai bit 4) terlebih dahulu dikirimkan dengan diawali pulsa logika 1 pada E Clock.Kemudian Nibble rendah (bit 3 sampai bit 0) dikirimkan dengan diawali pulsa logika 1 pada E Clock lagi. Untuk mode 8 bit interface, proses penulisan dapat
langsung dilakukan secara 8 bit (bit 7 … bit 0) dan diawali sebuah pulsa logika 1 pada E Clock. Pembacaan Data Register Perintah LCD (Liquid Cristal Display) M1632. Proses pembacaan data pada register perintah biasa digunakan untuk melihatstatus busy dari LCD atau membaca Address Counter.
RS diatur pada logika 0 untuk akses ke Register Perintah, R/W diatur pada logika 1 yang menunjukkan proses pembacaan data. Tiga bit nibble tinggi dibaca dengan diawali pulsa logika 1 pada E Clock dan kemudian 4 bit nibble rendah dibaca dengan diawali pulsa logika 1 pada E Clock. Untuk Mode 8 bit interface, pembacaan 8 bit (nibble tinggi dan rendah) dilakukan sekaligus dengan diawali sebuah pulsa logika 1 pada E Clock.Penulisan data pada Register Data dilakukan untuk mengirimkan data yang akan ditampilkan pada LCD. Proses diawali dengan adanya logika 1 pada RS yang menunjukkan akses ke Register Data, kondisi R/W diatur pada logika 0 yang menunjukkan proses penulisan data.Data 4 bit nibble tinggi (bit 7 hingga bit 4) dikirim dengan diawali pulsa logika 1 pada sinyal E Clock dan kemudian diikuti 4 bit nibble rendah (bit 3 hingga bit 0) yang juga diawali pulsa logika 1 pada sinyal E Clock.
Kondisi R/W diatur pada logika tinggi yang menunjukkan adanya proses pembacaan data. Data 4 bit nibble tinggi (bit 7 hingga bit 4) dibaca dengan diawali adanya pulsa logika 1 pada E Clock dan dilanjutkan dengan data 4 bit nibble rendah (bit 3 hingga bit 0) yang juga diawali dengan pulsa logika 1 pada E Clock. LCD yang umum, ada yang panjangnya hingga 40 karakter (2×40 dan 4×40), dimana kita menggunakan DDRAM untuk mengatur tempat penyimpanan karakter tersebut.
2.6.1 Susunan Alamat Pada LCD
Dari gambar dibawah ini dapat diketahui, driver LCD seperti HD44780 memiliki dua register yang aksesnya diatur menggunakan pin RS. Pada saat RS berlogika 0, register yang diakses adalah perintah, sedangkan pada saat RS berlogika 1, register yang diakses adalah register data.
Alamat awal karakter 00H dan alamat akhir 39H. Jadi, alamat awal di baris kedua dimulai dari 40H. Jika Anda ingin meletakkan suatu karakter pada baris ke-2 kolom pertama, maka harus diset pada alamat 40H. Jadi, meskipun LCD yang digunakan 2×16 atau 2×24, atau bahkan 2×40, maka penulisan programnya sama
saja.CGRAM merupakan memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter, dimana bentuk dari karakter dapat diubah-ubah sesuai dengan keinginan.
Gambar 2.7 Susunan kaki pada LCD
BAB 3
METODE PENELITIAN
3.1 Diagram Blok Rangkaian
Diagram rancangan dari alat pendeteksi alkohol ini adalah sebagai berikut:
Gambar 3.1 Block Diagram
Perancangan suatu alat yang akan dibuat merupakan suatu tahapan yang sangat penting dalam membuat suatu program ataupun melanjutkan kelangkah selanjutnya karena dengan perencanaan tersebut diharapkan mendapatkan hasil yang baik dan maksimal, dalam perancangan sistem yang penulis buat adalah Rancang Bangun Alat Ukur Kadar Alkohol Menggunakan sensor HCHO berbasis Arduino Uno.Semua komponen dipasang sesuai rangkaian yang digunakan.
Kemudian rangkaian tersebut diuji coba dengan menggunakan multimeter, untuk mengetahui apakah rangkaian tersebut sudah terhubung dengan benar.
Arduino Uno R3 adalah komponen utama yang berfungs isebagai pusat kendali berbagai macam peripheral yang terhubung dalam sistem ini yaitu sensor gas HCHO dan LCD. Komponen ini juga berfungsi sebagai tempat pengolahan data yang akan diproses. LCD (Liquid Crystal Display) berfungsi sebagai penampil data yang diperoleh dari sensor agar kita langsung dapat melihat hasilnya secara visual.
Berdasarkan blok diagram di atas dapat dideskripsikan bahwa prinsip kerja dari sistem ini adalah semua intruksi untuk menjalankan alat ini terdapat pada mikrokontroller arduino UNO R3 sebagai pengendalisistem secara keseluruhan.
Prinsip kerja alat ini pada mulanya hubungkan kabel pada baterai ke kabel yang terhubung langsung pada mikrokontroller. Setelah baterai terhubung semprotkan sample pada sensor HCHO sampai objek mengeluarkan gas. Lalu gas tersebut yang akan dideteksi oleh HCHO sensor sebagai pendeteksi gas Alkohol. Apabila uap gas dari objek yang dideteksi mengandung Alkohol,maka sensor HCHO akan mengirimkan data analog ke mikrokontroller untuk di proses dan ditampilkan melalui LCD.
3.2 Perancangan Hardware 3.2.1 Rangkaian Sensor HCHO
Gambar 3.2 Rangkaian Sensor HCHO
Prinsip kerja rangkaian sensor di atas akan dijelaskan sebagai berikut. Pada saat sensor diberi tegangan input (Vcc) dan diletakkan pada udara bersih, maka resistansi sensor akan turun secara cepat sehingga tegangan yang melintasi tahanan beban akan naik secara cepat pula kemudian turun sesuai dengan naiknya nilai
resistansi kembali sampai mencapai nilai yang stabil, kondisi ini disebut "Initial Action". Pada saat ada uap alkohol yang masuk ke dalam sensor, nilai resistansi sensor akan naik sesuai dengan konsentrasi uap alkohol di udara pada saat itu.
Setelah sensor menerima ua gas alkohol maka sensor berkerja dan menampilkan besar gas yang terdeteksi pada LCD.
3.2.2 Rangkaian Mikrokontroller Arduino UNO R3
Mikrokontroller ATMega328 memiliki 3 buah PORT utama yaitu PORTB, PORTC, dan PORTD dengan total pin input/output sebanyak 23 pin. Komponen pada mikrokontroller menggunakan pin header dan konektor yang bertujuan memudahkan pengguna untuk memasang, memindahkan komponen ke pin yang dibutuhkan. Skematik rangkaian keseluruhan pada mikrokontrollerdapat dilihat pada gambar dibawah.
Gambar 3.3 Skematik keseluruhan rangkaian Tabel 3.1 Spesifikasi PIN
PIN FUNGSI
A2 ECHO
A3 TRIGGER
8 BUZZER
3.2.3 Skematik dan Input/Output pins arduino UNO R3
Gambar 3.4 Skematik Input/Output Arduino UNO R3
3.2.4 Koneksi LCD dengan mikrokontroller
Koneksi ini menggunakan trimpot berfungsi sebagai pengatur kontras tampilan LCD. KoneksiLCD dapat dilihat pada gambar berikut ini:
Gambar 3.5 Koneksi dengan mikrokontroller arduino
Display LCD 2x16 berfungsi sebagai penampil nilai kecapatan refferensi dan kecepatan aktual yang dikirim dari mikrokontroler. LCD yang digunakan pada alat ini mempunyai lebar display 2 baris 16 kolom atau biasa disebut sebagai LCD Character 2x16, dengan 16 pin konektor.
3.2.5 Koneksi LCD dengan mikrokontroller
Gambar 3.6 Konektor Arduino dengan LCD
PB0/ICP1/CLKO/PCINT0 12 PB1/OC1A/PCINT1 13
PB3/MOSI/OC2A/PCINT3PB2/SS/OC1B/PCINT2 1514
PD6/AIN0/OC0A/PCINT22 10921 PD5/T1/OC0B/PCINT21PD4/T0/XCK/PCINT20PD3/INT1/OC2B/PCINT19PD2/INT0/PCINT18 32 PD1/TXD/PCINT17 31 PD0/RXD/PCINT16 30
PB4/MISO/PCINT4 16 PB5/SCK/PCINT5 17
PB7/TOSC2/XTAL2/PCINT7 8 PB6/TOSC1/XTAL1/PCINT6 7
PC6/RESET/PCINT14 29 PC5/ADC5/SCL/PCINT13 28 PC4/ADC4/SDA/PCINT12PC3/ADC3/PCINT11PC2/ADC2/PCINT10PC1/ADC1/PCINT9PC0/ADC0/PCINT8 2726252423 18 AVCCAREF
20
PD7/AIN1/PCINT23 11
19 ADC6 22 ADC7
U1
ATMEGA328P
D714D613D512D411D310D29D18D07
E6RW5RS4
VSS1 VDD2 VEE3
LCD1
LM016L
R1
10k
ANALOG IN ATMEGA328P-PU1121
~
~
~
~
~
~ TX RX
Reset BTN ON www.TheEngineeringProjects.com PD0/RXD 0
PD1/TXD 1 PD2/INT0 2 PD3/INT1 3 PD4/T0/XCKPD6/AIN0PD7/AIN1PD5/T1 4567 PB0/ICP1/CLKOPB2/SS/OC1BPB1/OC1A 8910 PB3/MOSI/OC2APB4/MISOPB5/SCK 111213
AREF
PC5/ADC5/SCL A5 PC4/ADC4/SDA A4 PC3/ADC3 A3 PC2/ADC2 A2 PC1/ADC1 A1 PC0/ADC0 A0
RESET
VCC GND
ARD1
ARDUINO UNO
1 2 3 4 5 6
J3
CONN-SIL6 1 2 3 4 5 6
J2
CONN-SIL6 1
J4
CONN-SIL1 1
J5
CONN-SIL1 1
J6
CONN-SIL1
TRIM TRIM
Keterangan dari rangkaian diatas:
1. ARD1 adalah Arduino UNO R3 yang berfungsi sebagai pusat sistim bekerja 2. J2 adalah soket penghubung ke LCD
3. J3 adalah soket penghubung ke LCD
4. J4 adalah soket penghubung ke GND Resistor Variabel 5. J5 adalah soket penghubung ke Resistor Variabel 6. J6 adalah soket penghubung ke VCC Resistor Variabel
3.2.6 Koneksi sensor HCHO dengan mikrokontroller
Sensor gas (HCHO) Sensor alcohol (HCHO) terdiri dari 4 kaki dengan spesifikasi VCC, DATA, NC dan GND. Dimana data dihubungkan ke Arduino Uno melalui pin 8, sedangkan VCC dengan tegangan 5V dan input SIGNAL ke pin analog A2. Koneksi HCHO dapat dilihat dibawah ini.
C1 100nF
R R
R2 DNP R1
1 2 3 4
J1
SIG NC VCC GND
VCC
WSP2110
SIG
GND U1
ANALOG IN
A TM EG A32 8P
-P
U 112
1
~ ~ ~ ~ ~ ~ TX RX
Reset BTN ON
www.TheEngineeringProjects.com
PD0/RXD0PD1/TXD1PD2/INT02PD3/INT13PD4/T0/XCK4PD5/T15PD6/AIN06PD7/AIN17
PB0/ICP1/CLKO8PB1/OC1A9PB2/SS/OC1B10PB3/MOSI/OC2A11PB4/MISO12PB5/SCK13
AREF PC5/ADC5/SCLA5PC4/ADC4/SDAA4PC3/ADC3A3PC2/ADC2A2PC1/ADC1A1PC0/ADC0A0
RESET VCC GND
ARD1
ARDUINO UNO
Gambar 3.7 Koneksi HCHO sensor dengan mikrokontroller arduino
Sensor gas (HCHO) terdiri dari 4 kaki dengan spesifikasi VCC, GND, SCL dan SDA. Dimana keempat pin tersebut terhubung ke Arduino Uno dengan Vin = 3,3 V, gnd =gnd, SCL = Pin A2. Sensor alcohol (HCHO) terdiri dari 4 kaki dengan
spesifikasi VCC, DATA, NC dan GND. Dimana data dihubungkan ke Arduino Uno melalui pin 8, sedangkan VCC dengan tegangan VCC.
3.3 Perancangan Software
Perancangan perangkat lunak dimulai setelah perancangan perangkat keras dilakukan. Hal ini dilakukan karena perangkat lunak yang berfungsi untuk mengendalikan peralatan tersebut. Bahasa pemograman yang digunakan pada tugas akhir ini adalah bahasa C. Untukmempermudah perancangan perangkat lunak maka terlebih dahulu dibuat algoritma dan flow chart untuk menggambarkan jalannya program secarakeseluruhan terhadap sistem.
3.3.1 Flow Chart (Diagram Alir)
Flow chart adalah urutan instruksi-instruksi pada pembuatan suatu program.
Pembuatan flow chart diperlukan untuk mempermudah dalam pembuatan program dapat dilihat pada gambar dibawah.
Gambar 3.8 Diagram Alir Alat Ukur Kadar Alkohol
