SMARTPHONE
TUGAS AKHIR
SEVENA RESTU OKTAVIA 182408047
PROGRAM STUDI D3 FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2021
RANCANG BANGUN DAN MONITORING METER PDAM DIGITAL MENGGUNAKAN NODEMCU ESP8266 BERBASIS
SMARTPHONE
TUGAS AKHIR
DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI TUGAS DAN MEMENUHI SYARAT MEMPEROLEH GELAR AHLI MADYA
SEVENA RESTU OKTAVIA 182408047
PROGRAM STUDI D3 FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2021
i
RANCANG BANGUN DAN MONITORING METER PDAM DIGITAL MENGGUNAKAN NODEMCU ESP8266 BERBASIS
SMARTPHONE
TUGAS AKHIR
Saya menyatakan bahwa lapora tugas akhir ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, 15 Juli 2021
Sevena Restu Oktavia NIM. 182408047
ii
iii ABSTRAK
Air merupakan salah satu sumber kehidupan yang sangat penting. Seiring meningkatnya populasi penduduk maka keperluan untuk memenuhi kebutuhan sehari-hari seperti minum, memasak, mencuci pakaian, mandi dan lain sebagainya juga meningkat. Hal ini tidak diimbangi oleh kesadaran masyarakat untuk melakukan penghematan air. Salah satu cara untuk melakukan penghematan air yaitu dengan memonitoring debit air yang dikonsumsi perbulannya. PDAM merupakan perusahaan daerah yang memberikan jasa penyediaan air kepada seluruh penduduk masyarakat Indonesia yang membutuhkan. PDAM mengecek jumlah penggunaan air pada masing-masing pelanggan setiap bulan dengan mengirimkan petugas ke rumah pelanggan untuk mengecek dan mencatat jumlah penggunaan air melalui meter air.
Meter air yang digunakan PDAM masih bersifat analog sehingga pelanggan mengalami kesulitan dalam pembacaan jumlah penggunaan air. Karena cara pengecekan yang masih bersifat manual dan alat yang masih bersifat analog, maka diperlukan suatu alat yang dapat memonitoring penggunaan air secara digital untuk mempermudah masyarakat dalam mengetahui jumlah penggunaan air yag digunakan.
Sehingga Masyarakat akan mengetahui jumlah penggunaan air setiap harinya. Alat ini dirancang menggunakan sensor flow water yang akan mengukur debit air yang mengalir ke pipa dan hasil pengukuran akan diolah oleh mikrokontroler NodeMCU.
Data akan diolah dan kemudian akan ditampilkan pada LCD.
Kata kunci : LCD, NodeMCU ESP8266, Sensor Flow Meter
iv
DESIGN AND MONITORING OF DIGITAL PDAM METERS USING NODEMCU ESP8266 BASED ON AN ANDROID
SMARTPHONE
ABSTRACT
Water is a very important source of life. Along increasing the population, the need to meet their daily needs such as drinking, cooking, washing clothes, bathing and so on also increased. Thing This is not matched by public awareness to save water. One of the way to save water is by monitoring the flow of water consumed per month. PDAM is a regional company that provides services water supply to all Indonesian people in need. PDAM check the amount of water usage for each customer every month with send officers to the customer's home to check and record the amount of usage water through the water meter. The water meter used by the PDAM is still analog customers have difficulty in reading the amount of water usage. Because of the way manual checks and analogue tools are needed a tool that can digitally monitor water usage to make it easier the community in knowing the amount of water used. So that the Community will know the amount of water usage per day. This tool is designed using flow water sensor which will measure the flow of water flowing into the pipe and the measurement results will be processed by the NodeMCU microcontroller. The data will be processed and then it will be displayed on the LCD.
Keywords : LCD, NodeMCU ESP8266, Flow Meter Sensor
v
Puji dan Syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa Pemurah dan Maha Penyayang, dengan limpahan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan penyusunan Tugas Akhir ini dengan judul Rancang Bangun dan Monitoring Meter Pdam Digital Menggunakan NodeMCU Esp8266 Berbasis Smartphone
Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada berbagai pihak yang telah banyak membantu penulis dalam penyelesaikan Tugas Akhir ini yaitu Kepada:
1. Ibu Dr. Nursahara Pasaribu, M.Sc selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Drs. Takdir Tamba,M.Eng.Sc selaku Ketua Program Studi D3 Fisika Fakultas MIPA Universitas Sumatra Utara.
3. Bapak Dr. Kerista Tarigan M,Eng.Sc selaku Pembimbing yang telah membimbing dan mengarahkan Kepada Penulis dalam menyelesaikan penyusunan Tugas Akhir
4. Seluruh Staf Pengajar/Pegawai Program Studi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatra Utara.
5. Kepada yang teristimewa dan terkasih Bapak Saut Manosor Napitupulu dan Mama Siti Mariati Tampubolon selaku orangtua saya, tidak lupa kepada abang tersayang Jimmy Napitupulu, Ferry Napitupulu dan Kakakku tersayang Lisbet Napitupulu, Sondang Napitupulu, Martha Napitupulu, Kamsia Napitupulu yang selama ini telah memberikan bantuan serta motivasi, doa, dukungan moral dan material yang sangat membantu dalam menyelesaikan penyusunan Tugas Akhir.
6. Senior kami Andika Siregar dan Irma Girsang yang telah memberikan bantuan berupa ilmu dan motivasi dalam menyelesaikan laporan proyek ini.
7. Kepada keluarga kentangku Eka Sirait, Enjelika Nadeak, Rosmauli Situngkir, Maria Manik, Yeny Sitinjak, Melisa Sinaga, dan Oktaviola Sibarani terimakasih telah menjadi sahabat dan teman terbaik bagi penulis
vi
8. yang selalu memberikan dukungan, semangat, motivasi, serta doa hingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Proyek ini dengan baik.
9. Teman-teman seperjuangan satu angkatan FIN 2018 USU yang telah banyak memberikan kesan selama perkuliahan di Universitas Sumatera Utara.
10. Seluruh pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, yang telat dengan tulus membantu dan memberikan doa dan dukungan hingga dapat terselesaikan Tugas Akhir ini.
Penulis menyadari dalam penyusunan Laporan Tugas Akhir ini masih terdapat kekurangan dan masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, penulis sangat terbuka terhadap saran maupun kritikan dalam sebuah diskusi yang membangun dari pembaca. Akhir kata penulis mengharapkan semoga tugas proyek ini dapat bermanfaat bagi pembaca.
Medan, 15 Juli 2021
Sevena Restu Oktavia NodeMCU
ESP8266
vii DAFTAR ISI
Halaman
PENGESAHAN TUGAS AKHIR i
PERNYATAAN ii
ABSTRAK iii
ABSTRACT iv
KATA PENGHARGAAN v
DAFTAR ISI vii
DAFTAR TABEL ix
DAFTAR GAMBAR x
DAFTAR LAMPIRAN xi
BAB 1 PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Rumusan Masalah 2
1.3 Tujuan 2
1.4 Batasan Masalah 2
1.5 Sistematika Penulisan 3
BAB 2 LANDASAN TEORI 4
2.1 Aliran Fluida 4
2.2 Mikrokontroller 6
2.3 Nodemcu 7
2.4 Sensor 10
2.5 Power Supply 14
2.6 Pompa Air 16
2.7 IOT (Internet of Things) 16
2.8 Blynk 19
2.9 LCD 19
BAB 3 PERANCANGAN DAN PEMBUATAN PROYEK 25
3.1 Metodologi Perancangan 25
3.1.1 Tahap Persiapan 25
3.1.2 Tahap Pembuatan Sistem 26
3.1.3 Tahap pengukuran, Analisis dan Kesimpulan 26
3.2 Perancangan Sistem 27
3.2.1 Diagram Blok Sistem 27
3.2.2 Perancagan Rangkaian 28
3.2.3 Perancangan Perangkat Lunak Sistem 33 3.3 Pengujian Rangkaian dan Pengukuran Hasil Sistem 34
BAB 4 Pembahasan Hasil Pengukuran 38
4.1 Pengukuran dan Hasil Pengukuran Sistem 38
4.2 Perhitungan Ralat dan Kalibrasi 39
BAB 5 Penutup 41
5.1 Kesimpulan 41
5.2 Saran 41
DAFTAR PUSTAKA 42
viii
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman Gambar
2.1 Mikrokontroler 7
2.2 Nodemcu Esp8266 8
2.3 Nodemcu Esp8266 dan Skema Pin 9
2.4 Fisik dan skematik Sensor Flow Water 12
2.5 Mechanic Dimensi Sensor Flow Water 13
2.6 Power Supply Adaptor 14
2.7 Diagram konsep Internet of Thigs 17
2.8 Logo Aplikasi Blynk 19
2.9 Fisik LCD 20
2.10 Konfigurasi LCD 23
3.1 Diagram blok sistem 28
3.2 Rangkaian Modul ESP8266 28
3.3 Rangkaian Nodemcu ESP8266 30
3.4 Rangkaian Water Flow Sensor 30
3.5 Rangkaian Power Supply 31
3.6 Rangkaian LCD 32
3.7 Flowchart Sistem 33
3.8 Pengujian Modul ESP8266 34
3.9 Pengujian LCD 36
3.10 Pengujian Power Suply 37
4.1 Grfik Hasil Pengukuran air dengan pembanding 38
ix
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
Tabel
2.1 Fungsi Pin LCD 23
3.1 Pengujian LCD 36
3.2 Pengujian Pompa Air 37
4.1 Hasil Pengukuran Air dengan Pembanding 38
x
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Lampiran Judul
Lampiran 1.0 Program keseluruhan
Lampiran 2.0 Rangkaian Alat Keseluruhan Lampiran 3.0 Gambar Hasil Percobaan Alat
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi telah mendorong manusia untuk berusaha mengatasi segala permasalahan yang timbul di sekitarnya serta meringankan pekerjaan yang ada. Seiring meningkatnya jumlah populasi penduduk di Indonesia, maka kebutuhan air juga semakin tinggi. Air berfungsi untuk memenuhi keperluan sehari–hari seperti mandi, mencuci, memasak dan lain sebagainya. Hal tersebut wajar karena air sebagai kebutuhan utama umat manusia di dunia. Air juga bermanfaat di berbagai industri contohnya untuk pertanian, perkebunan, peternakan, dan semuanya membutuhkan air sebagai bahan baku utama.
Tetapi hingga saat ini penggunaan air masih belum diimbangi dengan kesadaran masyarakat untuk penghematan air. Masyarakat masih kurang menyadari pentingnya sumber daya air dan tidak aware terhadap berapa banyak air yang sudah mereka gunakan per hari. Dalam pengecekan air oleh pihak PDAM (Perusahaan Daerah Air Minum), dibutuhkan proses pengecekan jumlah penggunaan air yang disalurkan ke masing-masing pelanggan setiap bulan. Cara yang digunakan masih manual yaitu mengirimkan petugas ke rumah-rumah pelanggan dan mencatatnya satu persatu.
Cara ini kurang efektif dan efisien serta membutuhkan banyak tenaga dan menghabiskan banyak waktu. Meter air yang digunakan PDAM juga masih bersifat analog sehingga data pemakaian air sulit diketahui oleh pelanggan. Lewat alat ini menunjukkan bahwa rangkaian pada alat ini bisa dikembangkan untuk berbagai keperluan. Rangkaian utama ini hanya terdiri dari beberapa komponen elektronika.
Disini saya ingin merancang suatu alat yang mampu memonitor penggunaan air secara digital. Sehingga nantinya alat ini akan memudahkan masyarakat untuk mengetahui jumlah penggunaan air setiap harinya. Alat ini dirancang menggunakan water flow sensor untuk mengukur debit air yang mengalir ke pipa dan data hasil pengukuran akan diolah dengan mikrokontroler NodeMCU. Data yang sudah diolah akan ditampilkan pada LCD (Liquid Crystal Display) Tujuannya adalah memudahkan sistem monitoring penggunaan air secara akurat yang bisa dilakukan oleh pelanggan, serta mengetahui jumlah debit air dan biaya penggunaan air secara
2
real time. Keseluruhan dari sistem ini dapat diakses menggunakan aplikasi smartphone. Dan diharapkan mampu memberikan kemudahan bagi seluruh pihak, tidak hanya untuk instansi seperti PDAM, tetapi juga bermanfaat bagi seluruh masyarakat. Oleh karena itu, judul dari tugas akhir ini adalah“Rancang Bangun dan Monitoring Meter PDAM Digital Menggunakan Nodemcu ESP8266 Berbasis Smartphone”.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian diatas, penulis tertarik untuk mengangkat dan merancang sebuah judul Rancang Bangun dan Monitoring Meter PDAM Digital Menggunakan Nodemcu ESP8266 Berbasis Smartphone. Dimana pada perancangan ini akan digunakan sebuah NodeMCU ESP8266. Dimana pada perancangan ini akan dirumuskan masalah:
1. Bagaimana cara memonitoring pemakaian air di rumah secara digital?
2. Bagaimana cara mengintegrasikan Water Flow meter ke meteran air PDAM?
3. Bagaimana prinsip kerja dari NodeMCU ES826?
1.3 Tujuan
1. Membuat alat yang dapat memonitor volume air menggunakan Nodemcu esp8266 dan water flow sensor.
2. Untuk mengetahui NodeMCU Esp8266 secara umum, sensor yang digunakan, dan komponen yang terdapat pada pembuatan alat.
3. Untuk mengetahui dan memahami pengaplikasian alat untuk masyarakat.
1.4 Batasan Masalah
Mengingat keterbatasan waktu dan untuk menghindari topik yang tidak perlu maka penulis membatasi pembahasan pembuatan alat ini. Adapun permasalahan ini adalah :
1. Menggunakan NodeMCU ESP8266 sebagai mikrokontroler 2. Menggunakan sensor water flow meter untuk mengukur debit air 3. Menggunakan pompa air DC sebagai penyetabil debit air
4. Menggunakan pipa ukuran ⁄ dm.
1.5 Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah penyusunan laporan serta memahami tentang sismatika kinerja dari alat Rancang Bangun dan Monitoring Meter PDAM Digital Menggunakan NodeMCU ESP8266 Berbasis Smartphone, maka dalam hal ini penulis membagi dalam beberapa bab, serta memberikan gambaran secara garis besar isi dari tiap-tiap bab sebagai berikut:
BAB 1 : PENDAHULUAN
Bab ini berisikan pendahuluan yaitu membahas mengenai latar belakang, tujuan dan manfaat penelitian, batasan masalah, serta sistematika penulisan.
BAB 2 : LANDASAN TEORI
Bab ini merupakan landasan teori yang membahas tentang teori-teori yang mendukung dalam penyelesaian masalah.
BAB 3 : PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT
Bab ini membahas tentang sistem perancangan alat yaitu diagram blok dari rangkaian, sistematik dan cara kerja dari setiap rangkaian.
BAB 4 : PEMBAHASAN HASIL PENGUKURAN
Bab ini akan dibahas analisa dari rangkaian dan sistem kerja alat, penjelasan mengenai rangkaian-rangkaian yang digunakan, penjelasan mengenai program yang diisikan NodeMCU ESP266
BAB 5 : PENUTUP
Bab ini menelaskan tentang kesimpulan dari pengujian dan saran masukan untuk mengembangkan dan melengkapi sistem yang sudah dibangun untuk masa yang medatang.
DAFTAR PUSTAKA
BAB 2
LANDASAN TEORI
2.1 Aliran Fluida
Fluida adalah suatu zat yang dpat mengalir bisa berupa cairan atau gas. Fluida mengubah bentuknya dengan mudah dan didalam kasus mengenai gas, mempunyai volume yang sama dengan volume uladuk yang membatasi gas tersebut. Pemakaian mekanika kepada medium kontinyu, baik benda padat maupun fluida adalah didasari pada hukum gerak newton yang digabungkan dengan hukum gaya yang sesuai. Salah satu cara untuk menjelaskan gerak suatu fluida adalh dengan membagi–bagi fluida tersebut menjadi elemen volume yang sangat kecil yang dapat dinamakan partikel fluida danmengikuti gerak masing-masing partikel ini.
Suatu massa fluida yang mengalir selalu dapat dibagi-bagi menjadi tabung aliran, bila aliran tersebut adalah tunak, waktu tabung-tabung tetap tidak berubah bentuknya dan fluida yang pada suatu saan berada didalam sebuah tatung akan tetap berada dalam tabung ini seterusnya. Kecepatan aliran didalam tabung aliran adalah sejajar dengan tabung dan mempunyai besar berbanding terbalik dengan luas penampangnya.
Konsep aliran fluida yang berkaitan dengan aliran fluida dalam pipa adalah : 1. Hukum kekentalan Massa
2. Hukum Kekentalan energi 3. Hukum kekentalan momentum 4. Katup
5. Orifacemeter
6. Arcameter (rotarimeter).
Macam-Macam Aliran
Aliran dapat diklasifikasikan (digolongkan) dalam banyak jenis seperti:
turbulen, laminar, nyata, ideal, mampu balik, tak mampu balik, seragam, tak seragam, rotasional, tak rotasional. Aliran fluida melalui instalasi (pipa) terdapat dua jenis aliran yaitu :
1. Aliran laminer
2. Aliran turbulensi
Cairan dengan rapat massa yang akan lebih mudah mengalir dalam keadaan laminer. Dalam aliran fluida perlu ditentukan besarannya, atau arah vektor kecepatan aliran pada suatu titik ke titik yang lain. Agar memperoleh penjelasan tentang medan fluida, kondisi rata-rata pada daerah atau volume yang kecil dapat ditentukan dengan instrument yang sesuai. Pengukuran aliran adalah untuk mengukur kapasitas aliran, massa laju aliran, volume aliran. Pemilihan alat ukur aliran tergantung pada ketelitian, kemampuan pengukuran, harga, kemudahan pembacaan, kesederhanaan dan keawetan alat ukur tersebut. Dalam pengukuran fluida termasuk penentuan tekanan, kecepatan, debit, gradien kecepatan, turbulensi dan viskositas. Terdapat banyak cara melaksanakan pengukuran-pengukuran, misalnya : langsung, tak langsung, gravimetrik, volumetrik, elektronik, elektromagnetik dan optik.
Pengukuran debit secara langsung terdiri dari atas penentuan volume atau berat fluida yang melalui suatu penampang dalam suatu selang waktu tertentu. Metoda tak langsung bagi pengukuran debit memerlukan penentuan tinggi tekanan, perbedaan tekanan atau kecepatan dibeberapa dititik pada suatu penampang dan dengan besaran perhitungan debit. Metode pengukuran aliran yang paling teliti adalah penentuan gravimerik atau penentuan volumetrik dengan berat atau volume diukur atau penentuan dengan mempergunakan tangki yang dikalibrasikan untuk selang waktu yang diukur.
Pada prinsipnya besar aliran fluida dapat diukur melalui : 1. Kecepatan (velocity)
2. Berat (massanya)
3. Luas bidang yang dilaluinya 4. Volumenya
Tidak semua fluida yang berpindah dinamakan fluida bergerak. Yang dimaksud fluida bergerak adalah jika fluida tersebut bergerak lurus terhadap sekitar.
Aliran fluida dikatakan aliran garis lurus apabila aliran fluida yang mengalir mengikuti suatu garis (lurus melengkung) yang jelas ujung pangkalnya. Aliran garis lurus juga disebut aliran berlapis atau aliran laminar (laminar flow). Kecepatan- kecepatan partikel di tiap titik pada garis arus, searah dengan garis singgung di titik itu. Dengan demikian garis arus tidak pernah berpotongan. Pada fluida yang tak
6
termampatkan, hasil kali antara kelajuan aliran fluida dan luas penampangnya selalu tetap. Jadi A.v = konstan, atau disebut debit (Q). Debit adalah volume fluida (m3) yang mengalir melewati suatu penampang dalam selang waktu tertentu.
2.2 Mikrokontroler
Mikrokontroler adalah sebuah chip terintegrasi yang biasanya menjadi bagian dari sebuah embedded system (sistem yang didesain untuk melakukan satu atau lebih fungsi khusus yang real time). Mikrokontroler terdiri dari CPU, Memory, I/O port dan timer seperti sebuah komputer standar, tetapi karena didesain hanya untuk menjalankan satu fungsi yang spesifik dalam mengatur sebuah sistem, mikrokontroler ini bentuknya sangat kecil dan sederhana dan mencakup semua fungsi yang diperlukan pada sebuah chip tunggal.Mikrokontroler berbeda dengan mikroprocesor, yang merupakan sebuah chip untuk tujuan umum yang digunakan untuk membuat sebuah komputer multi fungsi atau perangkat yang membutuhkan beberapa chip untuk menangani berbagai tugas. Mikrokontroler dimaksudkan untuk menjadi mandiri dan independen, dan berfungsi sebagai komputer khusus yang kecil.
Mikrokontroler yang populer pertama kali dibuat oleh Intel pada tahun 1976, yaitu mikrokontroler 8-bit seri Intel 8748. Mikrokontroler tersebut adalah bagian dari keluarga mikrokontroler MCS-48. Sebelumnya, Texas instruments telah memasarkan mikrokontroler 4-bit pertama yaitu TMS 1000 pada tahun 1974. TMS 1000 yang mulai dibuat sejak 1971 adalah mikrokomputer dalam sebuah chip, lengkap dengan RAM dan ROM. Pengendali mikro (bahasa Inggris: microcontroller) adalah sistem mikroprosesor lengkap yang terkandung di dalam sebuah chip. Mikrokontroler berbeda dari mikroprosesor serba guna yang digunakan dalam sebuah PC, karena di dalam sebuah mikrokontroler umumnya juga telah berisi komponen pendukung sistem minimal mikroprosesor, yakni memori dan antarmuka I/O, sedangkan di dalam mikroprosesor umumnya hanya berisi CPU saja. stem komputer dewasa ini paling banyak justru terdapat di dalam peralatan lain, seperti telepon, jam, perangkat rumah tangga, kendaraan, dan bangunan.
Gambar 2.1 Mikrokontroler
(https://www.immersa-lab.com/jenis-jenis-mikrokontroler.htm) Sistem embedded biasanya mengandung syarat minimal sebuah sistem mikroprosesor yaitu memori untuk data dan program, serta sistem antarmuka input/output yang sederhana. Antarmuka semacam keyboard, tampilan, disket, atau printer yang umumnya ada pada sebuah komputer pribadi justru tidak ada pada sistem mikrokontroler. Sistem mikrokontroler lebih banyak melakukan pekerjaan- pekerjaan sederhana yang penting seperti mengendalikan motor, saklar, resistor variabel, atau perangkat elektronis lain. Seringkali satu-satunya bentuk antarmuka yang ada pada sebuah sistem mikrokontroler hanyalah sebuah LED, bahkan ini pun bisa dihilangkan jika tuntutan konsumsi daya listrik mengharuskan demikian.Fungsi mikrokontroler ada banyak sekali sampai tidak bisa disebutin semua tapi ada beberapa yang penting – penting saja yaitu :
1. Sebagai Counter
2. Sebagai Decoder dan Encoder 3. Sebagai Flip – Flop
4. Sebagai Pembangkit Osilasi 5. Sebagai Timer / Pewaktu
6. Sebagai ADC ( Analog Digital Converter )
2.3 Nodemcu
NodeMCU merupakan papan pengembangan produk Internet of Things(IoT) yang berbasiskan Firmwaree Lua dan Systemona Chip (SoC) ESP8266-12E.
ESP8266 sendiri merupakan chip WiFi dengan protocol stack TCP/IP yang lengkap.
NodeMCU dapat dianalogikan sebagai board arduino-nya ESP8266. Program ESP8266 memerperlukan beberapa teknik wiring serta tambahan modul USB to serial untuk mengunduh program. Namun NodeMCU telah me-package ESP8266 ke
8
dalam sebuah board yang kompak dengan berbagai fitur layaknya mikrokontroler kapabilitas akses terhadap Wifi juga chip komunikasi USB toserial. Sehingga untuk memprogramnya hanya diperlukan ekstensi kabel dataUSB persis yang digunakan charging smarphone. NodeMcu juga merupakan sebuah opensource platform IoT dan pengembangan Kit yang menggunakan bahasa pemrograman Lua untuk membantu programmer dalam membuat prototype produk IoT atau bisa dengan memakai sketch dengan arduino IDE. Pengembangan Kit ini didasarkan pada modul ESP8266, yang mengintegrasikan GPIO, PWM (Pulse Width Modulation), IIC, 1- Wire dan ADC (Analog to Digital Converter) semua dalam satu board. Keunikan dari Nodemcu ini sendiri yaitu Boardnya yang berukuran sangat kecil yaitu panjang 4.83cm, lebar 2.54cm, dan dengan berat 7 gram. Tapi walaupun ukurannya yang kecil, board ini sudah dilengkapi dengan fitur wifi dan firmwarenya yang bersifat opensource.
Penggunaan NodeMcu lebih menguntungkan dari segi biaya maupun efisiensi tempat, karena NodeMcu yang ukurannya kecil, lebih praktis dan harganya jauh lebih murah dibandingkan dengan Arduino Uno. Arduino Uno sendiri merupakan salah satu jenis mikrokontroler yang banyak diminati dan memiliki bahasa pemrograman C++ sama seperti NodeMcu, namun Arduino Uno belum memiliki modul wifi dan belum berbasis IoT. Untuk dapat menggunakan wifi Arduino Uno memerlukan perangkat tambahan berupa wifi shield. NodeMcu merupakan salah satu prduk yang mendapatkan hak khusus dari Arduino untuk dapat menggunakan aplikasi Arduino sehingga bahasa pemrograman yang digunakan sama dengan board Arduino pada umumnya.
Gambar 2.2 nodeMCU ESP8266
(https://docplayer.info/53666115-Bab-ii-dasar-teori-gambar-1-1-board- nodemcu.html) Karena jantung dari NodeMCU adalah ESP8266 (khususnya seri ESP-12, termasuk ESP-12E) maka fitur – fitur yang dimiliki NodeMCU akan kurang lebih
sama ESP-12 (juga ESP-12E untuk NodeMCU v.2 dan v.3) kecuali NodeMCU telah dibungkus oleh API sendiri yang dibangun berdasarkan bahasa pemrograman eLua, yang kurang lebih cukup mirip dengan javascript.
Beberapa fitur tersebut antara lain : 1. 10 Port GPIO dari D0 – D10 2. Fungsionalitas PWM
3. Antarmuka I2C dan SPI 4. Antarmuka 1 Wire 5. ADC
Gambar 2.3 NodeMCU ESP826 dan Skema Pin
(https://eprints.akakom.ac.id/4894/3/3_143310011_BAB%20II.pdf) Gambar diatas merupakan kaki pin yang ada pada NodeMCU. Berikut penjelasan dari pin – pin NodeMCU tersebut:
1.
RST : berfungsi mereset modul2. ADC: Analog Digital Converter. Rentang tegangan masukan 0-1v, dengan skup nilai digital 0-1024
3. EN: Chip Enable, Active High
4. IO16 :GPIO16, dapat digunakan untuk membangunkan chipset dari mode deep sleep
10
5. IO14 : GPIO14; HSPI_CLK 6. IO12 : GPIO12: HSPI_MISO
7. IO13: GPIO13; HSPI_MOSI; UART0_CTS 8. VCC: Catu daya 3.3V (VDD)
9. CS0 :Chip selection
10. MISO : Slave output, Main input 11. IO9 : GPIO9
12. IO10 GBIO10
13. MOSI: Main output slave input 14. SCLK: Clock
15. GND: Ground
16. IO15: GPIO15; MTDO; HSPICS; UART0_RTS 17. IO2 : GPIO2;UART1_TXD
18. IO0 : GPIO0 19. IO4 : GPIO4 20. IO5 : GPIO5
21. RXD : UART0_RXD; GPIO3 22. TXD : UART0_TXD; GPIO1
Untuk tegangan kerja ESP8266 menggunakan standar tegangan JEDEC (tegangan 3.3V) untuk bisa berfungsi. Tidak seperti mikrokontroler AVRdan sebagian besar board Arduino yang memiliki tegangan TTL 5 volt. Meskipun begitu, NodeMCU masih bisa terhubung dengan 5V namun melalui port micro USB atau pin Vin yang disediakan oleh board-nya. Namun karena semua pin pada ESP8266 tidak toleran terhadap masukan 5V. Maka jangan langsung mencatunya dengan tegangan TTL karena dapat merusak board. Maka bisa menggunakan Level Logic Converter untuk mengubah tegangan ke nilai aman 3.3v.
2.4 Sensor
Sensor adalah jenis tranduser yang digunakan untuk mengubah besaran mekanis, magnetis, panas, sinar, dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Sensor sering digunakan untuk pendeteksian pada saat melakukan pengukuran atau pengendalian.
Sensor adalah alat untuk mendeteki/mengukur sesuatu, yang digunakan untuk
mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Dalam lingkungan sistem pengendali dan robotika, sensor memberikan kesamaan yanag menyerupai mata, pendengaran, hidung, lidah yang kemudian akan diolah oleh kontroler sebagai otaknya.
Sensor dalam teknik pengukuran dan pengaturan secara elektronik berfungsi mengubah tegangan fisika (misalnya: temperatur, cahaya, gaya, kecepatan putaran) menjadi besaran listrik yang proposional. Sensor dalam teknik pengukuran dan pengaturan ini harus memenuhi persyaratan-persyaratan kualitas yakni :
a. Linieritas
Konversi harus benar-benar proposional, jadi karakteristik konversi harus linier.
b. Tidak tergantung temperatur
Keluaran inverter tidak boleh tergantung pada temperatur disekelilingnya, kecuali sensor suhu.
c. Kepekaan
Kepekaan sensor harus dipilih sedemikian, sehingga pada nilai-nilai masukan yang ada dapat diperoleh tegangan listrik keluaran yang cukup besar.
d. Waktu tanggapan
Waktu tanggapan adalah waktu yang diperlukan keluaran sensor untuk mencapai nilai akhirnya pada nilai masukan yang berubah secara mendadak. Sensor harus dapat berubah cepat bila nilai masukan pada sistem tempat sensor tersebut berubah.
Secara umum berdasarkan fungsi dan penggunaannya sensor dapat dikelompokan menjadi 3 bagian yaitu :
a) Sensor thermal (panas)
Sensor thermal adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi gejala perubahan panas/temperature/suhu pada suatu dimensi benda atau dimensi ruang tertentu. Contohnya; bimetal, termistor, termokopel, RTD, photo transistor, photo dioda, photo multiplier, photovoltaik, infrared pyrometer, hygrometer, dan sebagainya.
b) Sensor optik (cahaya)
Sensor optik atau cahaya adalah sensor yang mendeteksi perubahan cahaya dari sumber cahaya, pantulan cahaya ataupun bias cahaya yang mengernai benda atau
12
ruangan. Contoh: photo cell, photo transistor, photo diode, photo voltaic, photo multiplier, pyrometer optic, dan sebagainya.
c) Sensor mekanis
Sensor mekanis adalah sensor yang mendeteksi perubahan gerak mekanis, seperti perpindahan atau pergeseran atau posisi, gerak lurus dan melingkar, tek anan, aliran, level dan sebagainya. Contoh; strain gage, linear variable deferential transformer (LVDT), proximity, potensiometer, load cell, bourdon tube, dan sebagainya.
2.4.1 Sensor Flow Meter
Sensor aliran adalah alat untuk merasakan laju aliran fluida. Biasanya sensor aliran adalah elemen penginderaan yang digunakan dalam flow meter atau aliran logger untuk merekam aliran cairan. Seperti yang terjadi untuk semua sensor, akurasi mutlak pengukuran memerlukan fungsi untuk kalibrasi. Ada berbagai macam sensor aliran dan aliran meter termasuk beberapa yang memiliki baling-baling yang didorong oleh cairan dan dapat mendorong potensiometer putar atau perangkat sejenis. Sensor aliran lain didasarkan pada sensor yang mengukur transfer panas yang disebabkan oleh media bergerak. Prinsip ini umum untuk mikrosensor untuk mengukur aliran.
Water Flow sensor terdiri dari tubuh katup plastik, rotor air, dan sensor hall efek. Ketika air mengalir melalui gulungan rotor-rotor, kecepatan perubahan dengan tingkat yang berbeda aliran sesuai sensor hall efek output sinyal pulsa. Kelebihan sensor ini adalah hanya membutuhkan 1 sinyal (SIG) selain jalur 5V dc dan Ground.
Perhatikan gambar di bawah ini.
Gambar 2.4 Fisik dan skematik Sensor Flow Water
(http://eprints.polsri.ac.id/1835/3/BAB-2.pdf)
Gambar 2.5 Mechanic Dimensi Sensor Flow Water
(Https://wordpress.com/category/prinsip-kerja-flow-meter/) Jenis pengukur aliran yang paling luas digunakan adalah pengukuran tekanan diferensial. Pada prinsipnya beda luas penampang melintang dari aliran dikurangi dengan yang mengakibatkan naiknya kecepatan, sehingga menaikan pula energi gerakan atau energi kinetis. Karena energi tidak bisa diciptakan atau dihilangkan (Hukum perpindahan energi), maka kenaikan energi kinetis ini diperoleh dari energi tekanan yang berubah. Lebih jelasnya, apabila fluida bergerak melewati penghantar (pipa) yang seragam dengan kecepatan rendah, maka gerakan partikel masing- masing umumnya sejajar disepanjang garis dinding pipa.Kalau laju aliran meningkat, titik puncak dicapai apabila gerakan partikel menjadi lebih acak dan kompleks.
Kecepatan kira-kira di mana perubahan ini terjadi dinamakan kecepatan kritis dan aliran pada tingkat kelajuan yang lebih tinggi dinamakan turbulen dan pada tingkat kelajuan lebih rendah dinamakan laminer. Batas kecepatan kritis untuk pipa biasanya berada diantara 2000 dan 2300.
Pengukuran aliran metoda ini dapat dilakukan dengan banyak cara misalnya, menggunakan pipa venturi, pipa pitot, orifice plat (lubang sempit), turbine flow meter, rotameter, cara thermal menggunakan bahan radio aktif, elektromagnetik, ultar sonic dan flowmeter gyro. Cara lain dapat dikembangkan sendiri sesuai dengan kebutuhan proses. Spesifikasi Sensor Flow Meter :
a. Bekerja pada tegangan 5 V DC – 24 VDC b. Arus Maksimum saat ini 15 mA (DC 5 V) c. Berat sensor 43 g
d. Tingkat Aliran rentang 0,5 ~ 60 L / menit e. Suhu Pengoperasian 0° C ~ 80°
f. Operasi kelembaban 35 % ~ 90 % RH
14
g. Operasi tekanan bawah 1.75 Mpa h. Store temperature -25°C~+80°
i. Store humidity 25 % ~ 90 % RH
2.5 Power Supply
Power supply merupakan suatu perangkat keras (hardware) pada komponen elektronika yg mempunyai fungsi sebagai supplier arus listrik dengan terlebih dahulu merubah tegangannya dari AC jadi DC yang kemudian diubah menjadi daya atau energi yang dibutuhkan komponen-komponen pada komputer seperti motherboard, CD Room, Hardisk, dan komponen lainnya. Power supply menyuplai ke Motherboard, Hardisk, Heatsing, DVD Drive dan perangkat lain didalam casing komputer. Fungsi power supply pada komputer adalah sebagai perangkat keras yang memberikan atau menyuplai arus listrik yang sebelumnya diubah dari bentuk arus listrik yang berlawanan atau AC, menjadi arus listrik yang searah atau biasa disebut sebagai arus DC. Daya DC inilah yang kemudian disalurkan ke semua komponen yang ada di dalam chasing komputer agar dapat bekerja. Salah satu sisi power supply umumnya tersedia kipas yang berguna untuk membuang udara panas dari dalam chasing komputer. Selain itu, pada power supply juga terdapat sebuah port male jenis IEC 60320 C14 yang berfungsi sebagai konektor antara sumber energi listri dan power supply. Adapun fungsi lainya berkaitan dengan kestabilan arus listrik pada kompter, yaitu Over Voltage Protection/OVP (melindungi PSU dari tegangan berlebihan), Over Current Protection/OCP (mencegah kerusakan akibat keluar masuknya arus listrik yang tinggi), Over Temperature Protection/OTP, dan Short Sircuit Protection/SSP. PSU juga memiliki peran penting untuk mengatur besar kecilnya voltasi masuk ke komputer.
Gambar 2.6 Power Supply Adaptor
(https://pakdosen.co.id/power-supply/)
2.5.1 Komponen Power Supply
Adapun beberapa komponen power supply diantaranya yaitu:
1. Kapasitor
Kapasitor berfungsi sebagai penyempurna penyerahan dari tegangan arus AC ke tegangan arus DC. berfungsi untuk pembangkit frekuensi dalam rangkaian antenna dan menghemat daya listrik pada lampu neon serta menghilangkan bouncing (loncatan api) bila dipasang pada saklar.
2. Resistor
Resistor merupakan sebuah perangkat yang membantu Power Supply dalam menurunkan tegangan, membagi tegangan, dan membatasi arus listrik yang masuk, sehingga akan dapat mengontrol perangkat-perangkat keras yang ada pada motherboard.
3. Induktor
Induktor atau disebut juga dengan coil (kumparan) adalah komponen elektronika pasif yang berguna untuk mengatur frekuensi, memfilter dan juga sebagai alat kopel (penyambung). Induktor atau coil banyak ditemukan pada peralatan atau rangkaian elektronika yang berkaitan dengan frekuensi seperti tuner untuk pesawat radio.
4. Transistor
Transistor merupakan komponen elektronika aktif multitermal, biasanya memiliki 3 terminal. Secara harfiah, kata Transisto berarti ”Transfer resistor”, yaitu suatu komponen yang nilai resistansi antara terminalnya dapat diatur.
Beberapa fungsi transistor di antaranya adalah sebagai penguat arus, sebagai switch (pemutus dan penghubung), stabilitasi tegangan, modulasi sinyal, penyearah dan lain sebagainya.
5. Dioda
Dioda atau diode merupakan komponen elektronika aktif yang berfungsi untuk mengalirkan arus listrik pada satu arah saja, selain itu juga mampu menghambat arus listrik dari arah berlawanan. Diode adalah komponen elektronika semikonduktor yang memiliki 1 buah penghubung atau junction, sering disebut sebagai komponen 2 lapis (lapis N dan P).
16
2.5.2 Cara Kerja Power Supply
Ketika pengguna menyalakan power pada komputer, maka power supply akan melakukan pemeriksaan dan tes sebelum menjalakan sistem komputer. Jika tes berjalan dengan baik maka power supply akan mengirim sinyal (power good) ke mainboard sebagai pertanda bahwa sistem komputer siap untuk beroperasi.
Selanjutnya, power supply atau catu daya akan membagi daya sesuai dengan kapasitas yang diperlukan masing-masing komponen komputer. Selain menyalurkan daya listrik ke komponen komputer, power supply juga menjaga stabilitas arus listrik pada berbagai komponen tersebut. Dari penjelasan pengertian power supply dan fungsinya di atas, maka komponen ini sama pentingnya seperti CPU pada komputer yang seringkali dianggap sebagai otak komputer. Jika terjadi gangguan pada power supply, maka akan menyebabkan gangguan aliran daya pada komponen-komponen komputer.
2.6 Pompa Air
Pompa air adalah suatu alat yang dapat digunakan untuk memindahkan suatu cairan ataupun fluida dari satu tempat ketempat lain dengan menaikkan tekanan cairan atau fluida tersebut. Kenaikan tekanan cairan itu dapat digunakan untuk mengatasi hambatan pengaliran. Hambatan pengaliran seperti perbedaan ketinggian, perbedaan tekanan ataupun hambatan gesek. Prinsipnya adalah pompa dapat mengubah energi mekanik motor menjadi energi aliran fluida. Energi yang diterima oleh fluida digunakan untuk menaikkan tekanan dan mengatasi tahanan pada saluran yang dilalui.
2.7 IoT (Internet of Things)
Peggunaa internet yang sudah mencapai milyaran orang akan terus bertambah dengan adaya sistem Internet of Things (IoT) dimana bukan hanya perangkat komunikasi dan komputer saja yang terhubung ke internet akan tetapi segala perangkat elektronik akan dikendalikan dengan internet atau melalui wifi. Tidak hanya itu, seluruh barang fisik yang dipasang modul elektronik dengan fungsi pengendalian yang terkoneksi dengan internet merupakan konsep Internet of Things secara umum.
2.7.1 Defenisi Internet of Things (IoT)
Things artinya segala, artinya apapun yang terhubung ke internet termasuk dalam definisi Internet of Things (IoT). Artinya semua barang fisik yang dapat di- monitor dan dikendalikan dari jarak jauh menggunakan internet adalah IoT. Konsep IoT ini akan sangat mendorong perkembangan big data dan penggunaan data center di Indonesia, oleh karena itu pemerintah Republik Indonesia sudah merencanakan membangun pusat data tersentralisasi.
2.7.2 Konsep dan Cara Kerja Internet of Things
Konsep IoT ini sebetulnya cukup sederhana dengan cara kerja mengacu pada 3 elemen utama pada arsitektur IoT yaitu Barang Fisik yang dilengkapi modul IoT, Perangkat Koneksi ke Internet seperti Modem dan Router Wireless Speedy seperti di rumah, dan Cloud Data Center tempat untuk menyimpan aplikasi beserta database.
Gambar 2.7 Diagram konsep Internet of Things
(https://mobnasesemka.com/internet-of-things/) Seluruh penggunaan barang yang terhubung ke internet akan menyimpan data, data tersebut terkumpul sebagai big data yang kemudian dapat diolah untuk dianalisis baik oleh pemerintah, perusahaan, maupun negara asing untuk kemudian dimanfaatkan bagi kepentingan masing-masing. Disinilah peran penting pemerintah Republik Indonesia dalam menjaga ketahanan negara dari sisi sistem informasi.
2.7.3 Fungsi Internet of Things
Dengan prinsip tujuan utama dari IoT sebagai sarana yang memudahkan untuk pengawasan dan pengendalian barang fisik maka konsep IoT ini sangat memungkinkan untuk digunakan hampir pada seluruh kegiatan seharihari, mulai dari penggunaan perorangan, perkantoran, rumah sakit, pariwisata, industri, transportasi,
18
pertanian dan perternakan, sampai ke pemerintah. Dalam tujuan tersebut, IoT memiliki peran penting dalam pengendalian pemakaian listrik, sehingga pemakaian listrik dapat lebih hemat sesuai kebutuhan mulai dari tingkat pemakaian pribadi sampai ke industri. Tentunya selain untuk tujuan penghematan IoT juga dapat dipakai sebagai sarana kemajuan usaha, dengan sistem monitoring maka kebutuhan usaha dapat lebih terukur.
IoT juga sangat berguna dalam otomatisasi seluruh perangkat yang terhubung ke internet dimana konfigurasi otomatisasi tersebut dapat disesuaikan dengan mudah tanpa harus datang ke lokasi perangkat tersebut. Baik untuk alasan keamanan untuk wilayah yang tidak mungkin dimasuki manusia, maupun untuk alasan jangkauan terhadap perangkat yang akan di kendalikan tersebut.
2.7.4 Manfaat Internet of Things
IoT dapat berguna untuk melihat kondisi air secara real-time di waduk, irigasi bagi para petani untuk informasi debit air masih banyak atau tinggal sedikit, di laut sebagai mitigasi bencana ke para pelaut dan nelayan, sehingga memudahkan para pelaku sektor real dalam mempertimbangkan kebutuhan mereka secara lebih tepat.
Kebakaran hutan juga dapat dicegah dengan sistem pencegahan kebakaran yang terintegrasi, dengan data laporan titik panas dari satelit yang terhubung langsung ke sistem penyemprotan air di titik lokasi kebakaran maka dapat lebih memungkinkan api dipadamkan lebih cepat.Perusahaan Air Minum juga dapat mengukur tingkat kualitas air yang akan di salurkan ke pelanggan, sehingga dapat lebih meningkatkan kualitas pelayanan dan dapat mengukur kebutuhan kimia penjernih air.
IoT ini dapat dipakai untuk mendeteksi kondisi jalur kereta aman di lintasi atau tidak, sehingga dapat membuka tutup palang pintu kereta secara otomatis tanpa harus khawatir penjaga kereta sedang terlelap tidur. Demikian untuk lalu lintas jalanan, sistem pengalihan kemacetan dapat di mungkinkan. Artinya jika suatu jalan sedang macet, maka pengguna jalan yang dengan tujuan ke arah jalanan yang macet itu dapat dialihkan secara otomatis dengan sistem rambu otomatis, misal jika jalan arteri macet sedangkan jalan tol dalam kota kosong maka satu jalur di jalan tol dapat digunakan secara gratis untuk pengendara jalan umum. Untuk di pelabuhan, IoT dapat digunakan untuk manifest ribuan barang dalam satu kapal atau container,
sehingga data manifest dapat lebih cepat tersedia, dan sangat memungkin untuk sistem monitoring pelabuhan yang berguna baik untuk operator pelabuhan maupun untuk pengguna. Kebanyakan biaya konsumsi peralatan di pertambangan diukur berdasar kapasitas dan pengalaman saja, dengan IoT perusahaan tambang dapat mengukur peralatan mana yang BBM nya sudah mau habis, berapa stok BBM, peralatan mana yang olinya harus di ganti dan lain sebagainya, sehingga dapat terukur secara cepat dan tepat. Hal ini sangat memungkinkan karena modul IoT dapat memberikan informasi langsung dari mesin atau peralatan di tambang.
2.8 Blynk
Blynk adalah platform untuk aplikasi OS Mobile (iOS dan Android) yang bertujuan untuk kendali module Arduino, Raspberry Pi, ESP8266, WEMOS D1, dan module sejenisnya melalui Internet. Blynk dciptakan dengan tujuan untuk control dan monitoring hardware secara jarak jauh menggunakan komunikasi data internet ataupun intranet (jaringan LAN). Blynk tidak terikat pada papan atau module tertentu. Dari platform aplikasi inilah dapat mengontrol apapun dari jarak jauh, dimanapun kita berada dan waktu kapanpun. Dengan catatan terhubung dengan internet dengan koneksi yang stabil dan inilah yang dinamakan dengan sistem Internet of Things (IOT).
Gambar 2.8 Logo Aplikasi Blynk
(https://www.nyebarilmu.com/mengenal-aplikasi-blynk-untuk-fungsi-iot/)
2.9 LCD
Kemampuan LCD tidak hanya menampilkan angka, tetapi juga huruf, kata, dan semua sarana simbol dengqn lebihagus dan serbaguna daripada penampil-penampil yang menggunakan seven segment LED (Light Eniting Diode) pada umumnya.
Modul LCD mempunyai basic inteface cukup baik yang sesuai degan sistem AT89S51 minimum serta sesuai pula dengan keluara mikrokontroler lainnya. Bentuk
20
dan ukuran modul –modul berbasis karakter banyak ragamnya. Liquid Crystal Display (LCD) 2 x 16 Kegunaan LCD banyak sekali dalam perancangan suatu system dengan menggunakan mikrokontroler. LCD (Liquid Crystal Display) dapat berfungsi untuk menampilkan suatu nilai hasil sensor, menampilkan teks, atau menampilkan menu pada aplikasi mikrokontroler. Pada praktek proyek ini, LCD yang digunakan adalah LCD 16 x 2 yang artinya lebar display 2 baris 16 kolom dengan 16 Pin konektor.
Gambar 2.9 Fisik LCD 2 x 1
(https://www.arduino.cc/en/Tutorial/LibraryExamples/LCD)
2.9.1 Material LCD (Liquid Cristal Display)
Liquid Cristal Display (LCD) adalah lapisan dari campuran organik antara lapisan kaca bening dengan elektroda transparan indium oksida dalam bentuk tampilan seven-segment dan lapisan elektroda pada kaca belakang. Ketika elektroda diaktifkan dengan medan listrik (tegangan), molekul organik yang panjang dan silindris menyesuaikan diri dengan elektroda dari segmen. Lapisan sandwich memiliki polarizer cahaya vertikal depan dan polarizer cahaya horisontal belakang yang diikuti dengan lapisan reflektor. Cahaya yang dipantulkan tidak dapat melewati molekul-molekul yang telah menyesuaikan diri dan segmen yang diaktifkan terlihat menjadi gelap dan membentuk karakter data yang ingin ditampilkan.
2.9.2 Pengendali / Kontroler LCD (Liquid Cristal Display)
Dalam modul LCD (Liquid Cristal Display) terdapat microkontroller yang berfungsi sebagai pengendali tampilan karakter LCD (Liquid Cristal Display).
Microntroller pada suatu LCD (Liquid Cristal Display) dilengkapi dengan memori dan register. Memori yang digunakan microcontroler internal LCD adalah :
1. DDRAM (Display Data Random Access Memory) merupakan memori tempat karakter yang akan ditampilkan berada.
2. CGRAM (Character Generator Random Access Memory) merupakan memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter dimana bentuk dari karakter dapat diubah-ubah sesuai dengan keinginan.
3. CGROM (Character Generator Read Only Memory) merupakan memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter dimana pola tersebut merupakan karakter dasar yang sudah ditentukan secara permanen oleh pabrikan pembuat LCD (Liquid Cristal Display) tersebut sehingga pengguna tinggal mangambilnya sesuai alamat memorinya dan tidak dapat merubah karakter dasar yang ada dalam CGROM.
Berikut Register control yang terdapat dalam suatu LCD diantaranya adalah:
1. Register perintah yaitu register yang berisi perintah-perintah dari mikrokontroler ke panel LCD (Liquid Cristal Display) pada saat proses penulisan data atau tempat status dari panel LCD (Liquid Cristal Display) dapat dibaca pada saat pembacaan data.
2. Register data yaitu register untuk menuliskan atau membaca data dari atau keDDRAM. Penulisan data pada register akan menempatkan data tersebut ke DDRAM sesuai dengan alamat yang telah diatur sebelumnya.
Pin kaki atau jalur input dan kontrol dalam suatu LCD (Liquid Cristal Display) diantaranya adalah :
1. Pin data adalah jalur untuk memberikan data karakter yang ingin ditampilkan menggunakan LCD (Liquid Cristal Display) dapat dihubungkan dengan bus data dari rangkaian lain seperti mikrokontroler dengan lebar data 8 bit.
2. Pin RS (Register Select) berfungsi sebagai indikator atau yang menentukan jenis data yang masuk, apakah data atau perintah. Logika low menunjukan yang masuk adalah perintah, sedangkan logika high menunjukan data.
3. Pin R/W (Read Write) berfungsi sebagai instruksi pada modul jika low tulis data sedangkan high baca data.
4. Pin E (Enable) digunakan untuk memegang data baik masuk atau keluar.
5. Pin VLCD berfungsi mengatur kecerahan tampilan (kontras) dimana pin ini dihubungkan dengan trimpot 5 Kohm, jika tidak digunakan dihubungkan ke ground, sedangkan tegangan catu daya ke LCD sebesar 5 Volt.
22
Liquid Cristal Display (LCD) yang digunakan adalah jenis LCD yang menampilkan data dengan 2 baris tampilan pada display. Keutungan dari LCD ini adalah:
1. Dapat menampilkan karakter ASCII, sehingga dapat memudahkan untuk membuat program tampilan.
2. Mudah dihubungkan dengan port I/O karena hanya menggunakan 8 bit data dan 3 bit control.
3. Ukuran modul yang proporsional.
4. Data yang digunakan relative sangat kecil.
Operasi dasar pada LCD terdiri dari empat, yaitu instruksi mengakses proses internal, instruksi menulis data, instruksi membaca kondisi sibuk, dan instruksi membaca data. ROM pembangki sebanyak 192 tipe karakter, tiap karakter dengan hruf 5x7 dot matrik. Kapasitas pembangkit RAM 8 tipe karakter (membaca program), maksimum pembacaan 80x8 bit tampilan data. Perintah utama LCD adalah Dsiplay Clear, Cursor Home, Dsiplay ON/OFF, Display Character Blink, Cursor Shift, dan Display Shift.Liquid Cristal Display (LCD) membutuhkan tegangan dan daya yang kecil sehingga sangat popular untuk aplikasi pada kalkulator, arloji digital, dan instrument elektroniks lain seperti Global Positioning System (GPS), baragraph display dan multimeter digital. LCD umumnya dikemas dalam bentuk Dual In Line Package (DIP) dan mempunyai kemampuan untuk menampilkan beberapa kolom dan baris dalam dan baris secara bersamaan digunakan metode Screening.Metode Screening adalah mengaktifkan daerah perpotongan suatu kolom dan suatu baris secara bergantian dan cepat sehingga seolah-olah aktif semua. Penggunaan metode ini dimaksudkan untuk menghemat jalur yang digunakan untuk mengaktifkan panel LCD. Saat ini telah dikembangkan berbagai jenis LCD, mulai jenis LCD biasa, Passive Matrix LCD (PMLCD), hingga ThinkFilm Transistor Active (TFT-AMLCD). Kemampuan LCD juga telah ditingkatkan dari yang monokrom hingga yang mampu menampilkan ribuan warna.
2.9.3 Pin-pin pada LCD
Liquid Cristal Display (LCD) memiliki pin-pin sebanya 1 sampai 16 pin. Pin- pin tersebut memiliki kegunaan masing-masing. Pengantar muka dapat menggunakan
sistem 4 bit atau 8 bit. Jika menggunakan sistem 4 bit, maka kita akan menghemat 4 port mikrokontroler. Adapun kegunaan masing-masing pin LCD dapat dilihat pada tabel 2.5 berikut ini.
Tabel 2.1 Fungsi Pin LCD
Pin ke - Nama Fungsi
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
GND VCC Vreff RS R/W E D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
Back Light (+)
Ground Untuk LCD +5 Volt untuk LCD
Tegangan Pengatur brightness Bit pemilih instruksi / data Bit pemilih Read / Write Bit enable
Data Bit 0 Data Bit 1 Data Bit 2 Data Bit 3 Data Bit 4 Data Bit 5 Data Bit 6 Data Bit 7 Optional 16 Back Light (-) Optional
Gambar 2.10 Konfigurasi LCD
(https://www.arduino.cc/en/Tutorial/LibraryExamples/LCD)
24
Modul LCD memiliki karakteristik sebagai berikut:
1. Terdapat 16 x 2 karakter huruf yang bisa ditampilkan.
2. Setiap terdiri dari 5 x 7 dot-matrix cursor.
3. Terdapat 192 macam karakter.
4. Terdapat 80 x 8 bit display RAM ( maksimal 80 karakter ).
5. Memiliki kemampuan penulisan dengan 8 bit maupun dengan 4 bit.
6. Dibangun oleh osilator lokal.
7. Satu sumber tegangan 5 Volt.
8. Otomatis reset saat tegangan dihidupkan.
9. Bekerja pada suhu 0oC sampai 550C.
2.9.4 Prinsip Menggunakan LCD
Modul LCD memiliki 3 jalur kontrol yang bernama RS, R/W, dan E. RS digunakan untuk memberitahukan kepada LCD apakah data yang diberikan adalah kata-instruksi (instrction word) atau kata-data (data-word). Jika akan mengirim instruksi maka RS harus dibuat 0, sedangkan untuk mengirim data maka RS harus berlogika 1. Sementara jalur R/W digunakan untuk memilih operasi Read atau Write.
Read artinya membaca data dari LCD sedangkan Write artinya menuliskan data ke LCD. Dalam kasus ini kita hanya akan menuliskan data ke LCD, sehingga jalur ini dapat dibuat rendah (logika 0) terus. Terakhir adalah jalur E (Enable), dimana jika dia berlogika tinggi (1) maka proses penulisan ke LCD akan diaktifkan. Kata instruksi yang dikirimkan ke LCD akan memberitahukan apa yang harus dilakukan oleh kontroler LCD.
BAB 3
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM
Perancangan yang dilakukan dalam penelitian ini meliputi perancangan perangkat keras dan perancangan perangkat lunak. Perancangan perangkat keras dimulai dengan merancang diagram blok dan prinsip kerja sistem, kemudian dilanjutkan merancang rangkaian sistem dengan menggabungkan keseluruhan perangkat menjadi sebuah sistem terkendali.
3.1 Metodologi Perancangan 3.1.1 Tahap Persiapan
Metode pelaksanaan dalam penelitian ini secara umum dibagi kedalam 5 tahap sebagai berikut :
Tahap 1 : Pendesainan Prototipe Alat
Pada tahap ini kegiatan yang dilakukan adalah mendesain Alat dengan menggunakan software google sketch-up 2016. Pada tahap ini akan di desain komponen-komponen alat yaitu desain ruang alat sebagai tempat sensor.
Tahap 2 : Pembuatan Prototipe Alat
Ruang alat dibuat berbentuk balok dari bahan plastik, dan juga dengan menggunakan akrilik sebagai wadah tempat objek pada alat.
Tahap 3 : Pembuatan Rangkaian Alat
Pada tahap ini akan dilakukan pembuatan rangkaian alat yang berfungsi untuk melakukan akusisi data secara otomatis yang diperoleh sensor.
Tahap 4 : Pengukuran
Pada tahap ini akan dilakukan pengukuran waktu pada alat.
Tahap 5 : Analisa Data
Pada tahap ini akan dilakukan analisa terhadap data yang diperoleh dari hasil pengukuran. Analisa ini meliputi penguploadan data dalam bentuk grafik sehingga dapat dilihat dan dibuktikan keakuratan hasil pembacaan sensor.
26
3.1.2 Tahap Pembuatan Sistem
Pada tahap ini akan dilakukan pembuatan rangkaian alat yang berfungsi untuk melakukan akusisi data secara otomatis yang diperoleh sensor. Adapun tahapan- tahapan pelaksanaan pada tahap ini sebagai berikut :
a. Mendesain layout rangkaian dengan software Eagle.
b. Mencetak hasil layout pada kertas foto dengan menggunakan printer laser Z.
c. Mencetak hasil cetakan pada PCB dengan cara memanaskanya pada suhu 160 0C kemudian dilarutkan dengan menggunakan larutan FeCl2.
d. Memasang komponen- komponen elektronik sesuai dengan jalur yang telah dibuat pada layout rangkaian.
3.1.3 Tahap Pengukuran, Analisis dan Kesimpulan
Dalam menyusun tugas akhir ini penulis melakukan beberapa penerapan metode penelitian untuk menyelesaikan permasalahan. metode penelitian yang dilakukan adalah dengan cara :
a. Studi pustaka untuk mengumpulkan, mempelajari serta menyeleksi bahan- bahan tentang pemograman berbasis mikrokontroller NodeMCU ESP8266.
b. Pengumpulan data yang berhubungan dengan tugas akhir.
Data yang dibutuhkan adalah data-data tentang komponen-komponen elektronika yang akan digunakan dalam perancangan alat.
c. Analisis Sistem.
Melakukan analisis terhadap program yang akan dibuat serta komponen- komponen elektronika yang digunakan.
d. Perancangan Sistem
Merancang suatu sistem monitoring listrik berbasis mikrokontroller NodeMCU ESP8266. Termasuk interface aplikasi dan perancangan susunan rangkaian elektronika.
e. Impelentasi Sistem (Coding)
Menyusun kode program untuk sistem monitoring berbasis mikrokontroller NodeMCU ESP8266.
f. Testing
Melakukan pengujian sistem yang telah dibuat sehingga dapat melakukan perbaikan sistem apabila ditemukan kesalahan pada sistem.
g. Dokumentasi Sistem
Pembuatan dokumentasi sistem, lengkap dengan analisis yang telah diperoleh.
Analisis Sistem Sedang Berjalan
Bahasa Pemograman yang digunakan pada alat adalah Bahasa Pemograman NodeMCU yang dimana bahasa pemograman NodeMCU adalah sebuah kit elektronik open source yang dirancang khusus dengan kemampuan komputasi yang dapat berinteraksi secara lebih dekat dengan dunia nyata dibandingkan komputer biasa, untuk memudahkan bagi para seniman, desainer, dan siapapun yang tertarik dalam menciptakan objek atau mengembangkan perangkat elektronik yang dapat berinteraksi dengan bermacam-macam sensor dan pengendali NodeMCU dapat di operasikan dengan cara menginstal terlebih dahulu software atau aplikasi pendukung untuk memprogram mikrokontroler arduino berupa program Sederhana, dengan programming environment turunan dari bahasa pemrograman C yang mudah dimengerti.
3.2 Perancangan Sistem 3.2.1 Diagram Blok Sistem
Untuk mempermudah dalam mempelajari dan memahami cara kerja alat ini, maka system perancangan dibuat berdasarkan diagram blok dimana tiap blok mempunyai fungsi dan cara kerja tertentu. Adapun diagram blok dari system yang dirancang adalah sebagai berikut:
28
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem 3.2.2 Perancangan Rangkaian
1. Rangkaian Modul ESP8266-01
Untuk menguhubungkan rangkaian mikrokontroler ke jaringan internet, digunakan modul ESP8266-01. Modul ini dapat dikontrol menggunakan protocol AT Command melalui port UART pada mikrokontroler yang digunakan. Berikut merupakan skematik rangkaian yang digunakan pada alat ini:
Gambar 3.2 Rangkaian Modul ESP8266-01
Modul ESP8266-01 ini bekerja pada supply tegangan 3,3V DC. Untuk itu diperlukan regulator tegangan supply 3,3V untuk mensupply daya pada rangkaian ini. Regulator yang digunakan adalah AMS1117 yang akan meregulasi tegangan input 5V menjadi 3,3V untuk di supply ke modul ESP8266-01.
Node MCU ESP8266 Sensor Water
Flow Meter
LCD Power Supply
Smartphone Blynk
Untuk jalur komunikasi modul ESP8266-01 dengan mikrokontroler juga diperlukan sebuah rangkaian pengubah level tegangan 5V ke 3,3V. Hal ini dikarenakan batas maksimum tegangan logika HIGH yang diperbolehkan pada modul ini adalah 3,3V. Rangkaian pengubah level tegangan 5V ke 3,3V tersebut dibentuk dari transistor BSS138 yang dioperasikan sebagai transistor switching.
Dengan demikian, jika inputnya diberikan logika 1 (5V DC), maka outputnya akan menjadi logika 1 dengan tegangan 3.3V DC. Demikian pula jika logika inputnya adalah 0 (0 V DC), maka outputnya juga bernilai 0 (0 V DC).
Sesuai gambar diatas, pin Drain Q1 (pin RX_UC) dihubungkan ke pin Rx pada port UART mikrokontroler yang digunakan. Pin Drain Q2 (pn TX_UC) dihubungkan ke pin Tx pada port UART mikrokontroler yang digunakan. Melalui kedua pin inilah mikrokontroler akan berkomunikasi dengan modul ESP8266-01.
2. Rangkaian Node MCU ESP8266
Node MCU adalah sebuah platform IoT yang bersifat opensource. Terdiri dari perangkat keras berupa System On Chip ESP8266 dari ESP8266 buatan Espressif System, juga firmware yang digunakan adalah bahasa pemrograman scripting Lua. Istilah Node MCU secara default sebenarnya mengacu pada firmware yang digunakan daripada perangkat keras development kit. Node MCU bisa dianalogikan sebagai board Arduino-nya ESP8266. Untuk memprogram ESP8266 ini sebenarnya diperlukan beberapa teknik dan rangkaian khusus, namun Node MCU telah meringkaskan rangkaian ESP8266 ke dalam sebuah board yang kompak dengan berbagai fitur layaknya mikrokontroler ditambah dengan kapabilitas WiFi juga chip komunikasi USB to Serial. Sehingga, untuk memprogramnya hanya diperlukan ekstensi kabel data USB. Node MCU yang digunakan pada alat ini adalah Node MCU board v1.0 (biasa disebut V2), dimana chip USB to serial yang digunakan adalah CP2102. Berikut merupakan gambar dari rangkaian tersebut.
30
Gambar 3.3 Rangkaian NodeMCU ESP8266 3. Rangkaian Water flow Sensor
Water flow sensor adalah sensor yang digunakan untuk mengukur kecepatan aliran cairan. Output dari sensor ini berupa pulsa High dan Low yang bergantian seiring dengan putaran rotor pada sensor ini. Water flow sensor trediri dari body plastik, rotor (baling-baling) penggerak, dan sensor hall-effect. Ketika cairan melintasi sensor, cairan akan mendorong rotor pada sensor ini, dan menyebabkan rotor berputar. Putaran rotor akan di deteksi oleh sensor hall-effect , dan akan memberikan output berupa pulsa High dan Low. Pulsa ini lah yang nantinya akan di deteksi oleh mikrokontroler untuk dikonversikan menjadi kecepatan alir cairan. Berikut adalah gambar Rangkaian dari Sensor Floe Meter.
Gambar 3.4 Rangkaian Water flow Sensor
Sensor ini mempunyai 3 pin, yaitu pin Signal, pin VCC, dan pin GND.
Untuk membaca sinyal yang dihasilkan oleh sensor ini, cukup menghubungkan pin signal ke pin interrupt dari mikrokontroler. Dan menghubungkan pin VCC dan GND ke supply daya dari rangkaian. Adapun spesifikasi dari sensor ini adalah:
o Tegangan operasional adalah 5V DC o Minimal arus operasional 15mA
o Flow rate yang mampu diukur adalah 1 – 30 L/m o Load capacity 10mA (DC 5V)
o Suhu operasi maksimal 80C o Suhu air maksimal 120C o Kelembapan 35% - 90% RH o Tekanan air maksimal 2.0Mpa
4. Rangkaian Power Supply
Gambar 3.5 Rangkaian Power Supply
Agar alat dapat digunakan, maka dibutuhkan sebuah catu daya yang memberikan daya pada seluruh rangkaian. Sensor, display dan mikrokontroler umumnya menggunakan tegangan 5V DC agar dapat bekerja. Untuk itu dibangun sebuah system power supply yang mempunyai output 5V DC. Rangkaian ini dibangun dari IC LM2576 yang merupakan ic converter penurun tegangan.
Rangkaian jenis ini dipilih karena lebih efisien dibanding dengan linear regulator biasa. LM2576 merupakan IC regulator switching yang mampu memberikan arus
32
3A pada tegangan 5V. Regulator jenis ini hanya memerlukan sedikit komponen tambahan untuk dapat dioperasikan,
5. Rangkaian LCD
Pada alat ini, display yang digunakan adalah LCD (Liquid Crystal Display) 16 x 2. Untuk blok ini tidak ada komponen tambahan karena mikrokontroler dapat memberi data langsung ke LCD, pada LCD Hitachi – M1632 sudah terdapat driver untuk mengubah data ASCII output mikrokontroler menjadi tampilan karakter. Pemasangan potensio sebesar 5 KΩ untuk mengatur kontras karakter yang tampil. Berikut merupakan gambar rangkaian LCD yang dihubungkan ke mikrokontroler NodeMCU ESP8266.
Gambar 3.6 Rangkaian LCD
Rangkaian ini dibangun dari sebuah IC PCF8574T yang berperan untuk mengkonversi perintah yang didapat melalui komunikasi I2C menjadi logika digital di tiap pin outputnya (P0 s.d. P7). Logika – logika digital tersebut lah yang menjadi logika untuk mengaktifkan LCD. Dengan demikian, untuk mengendalikan LCD, mikrokontroler hanya membutuhkan 2 pin yaitu pin SDA dan SCL. Pin 1,2, dan 3 dari IC PCF8574T dihubungkan pada resistor pull-up yang mengakibatkan logikanya selalu bernilai 1. Sesuai dengan datasheet IC ini, jika di pin-pin tersebut diberika logika 1, maka address untuk pemrograman ic ini akan menjadi 0x27. Trimpot R4 digunakan untuk mengatur kontras dari karakter yang muncul pada saat LCD dinyalakan
3.2.3 Perancangan Perangkat Lunak Sistem
Tidak
Ya
Gambar 3.7 Flowchart Sistem Mulai
Hitung pulsa dari sensor
Sudah 1 menit?
Konversi pulsa ke Liter/Menit
Inisialisasi Sensor
Inisialisasi Jaringan
Tampilkan data ke LCD
Kirim data melalui jaringan
Selesai
34
3.3 Pengujian Rangkaian dan Pengukuran Hasil Sistem 3.3.1 Pengujian Rangkaian
1. Pengujian Modul ESP8266-01
Pengujian modul ini dapat dilakukan dengan cara sederhana, yaitu dengan cara menghubungkan GPIO yang terdapat pada modul ini dengan LED. Berikut merupakan gambar rangkaian yang digunakan untuk menguji modul ini:
Gambar 3.8 Pengujian Modul ESP8266-01
Setelah rangkaian tersebut dirangkai, maka di-upload program berikut ini ke modul ESP8266-01
#define LED 2 void setup() {
pinMode(LED, OUTPUT);
}
void loop() {
digitalWrite(LED, HIGH);
delay(500);
digitalWrite(LED, LOW);
delay(500); }
Setelah program dieksekusi, jika modul dalam keadaan baik, maka akan terlihat LED yang dihubungkan pada rangkaian ini akan berkedip dengan jeda waktu 0,5 detik.
2. Pengujian Rangkaian Node MCU
Untuk menguji rangkaian Node MCU, maka pada rangkaian di-upload program sebagai berikut:
#define LED_PIN 2 void setup() {
pinMode(LED_PIN,OUTPUT); // Initialize the LED_BUILTIN pin as an output
}
// the loop function runs over and over again forever void loop() {
digitalWrite(LED_PIN,LOW); // Turn the LED on (Note that LOW is the voltage level
// but actually the LED is on; this is because // it is active low on the ESP-01)
delay(1000); // Wait for a second
digitalWrite(LED_PIN,HIGH); // Turn the LED off by making the voltage HIGH
delay(1000); // Wait for a seconds (to demonstrate the active low LED)
}
Segera setelah proses compile dan upload selesai, LED Internal pada board NodeMCU akan berkedip dengan jeda waktu 1 detik.
3. Pengujian Rangkaian LCD
Untuk melakukan pengujian LCD, maka diperlukan rangkaian mikrokontroler juga sebagai sarana pembantu pengujian. Hal ini diperlukan karena LCD hanya dapat bekerja berdasarkan perintah mikrokontroler.
Agar dapat berkomunikasi, maka dihubungkanlah pin SDA pada IC PCF8574T pada pin A4 rangkaian mikrokontroler, dan pin SCL pada IC PCF8574T dihubungkan pada pin A5 mikrokontroler. Kemudian pada mikrokontroler dimasukkan program berikut:
36
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,20,4);
void setup() {
lcd.init();
lcd.backlight();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print("Hello World!");
}
void loop() {
}
Maka, hasil pengujian akan tampak sebagai berikut:
Gambar 3.9 Pengujian LCD
Tabel 3.1 Pengujian LCD (Liquid Cristal Display)
Pengujian Test Case
Hasil Yang di
terapkan Hasil pengujian
LCD
Sensor Saat Mendeteksi
Akan Menampilkan
Sesuai Harapan Sensor
Kelembaban Tanah Dan Sht22
Status Pada LCD
“Hasil Pengukuran Dari
Sensor”
4. Pengujian Rangkaian Power Supply
Pengujian rangkaian power supply dilakukan dengan cara memberikan input power supply dengan tegangan 12V DC. Maka output dari power supply akan 5V DC. Pengukuran output ini dilakukan pada titik TP1 seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut:
Gambar 3.10 Pengujian Power Supply
5. Pengujian Pompa
Data pada tabel Pengujian menunjukana dari pompa air DC yang bertujuan untuk menguji coba pompa Ketika relay aktif maka pompa akan aktif dan pada saat relay mati maka pompa akan ikut mati.
Tabel 3.2 Pengujian Pompa Air
Pompa
Tegangan
sumber (Volt) Kondisi Relay Kondisi Pompa
Pompa 12V 12 NO (Normaly
Open)
Aktif
0 NC (normaly
Close)
Mati
