PEMANFAATAN ARDUINO UNO UNTUK SISTEM AKUISISI DATA
SUHU RUANGAN DI STMIK AKBA
Ashari & Tigor Pilneser
Teknik Informatika STMIK AKBA
ashari.akba36@gmail.com
Abstrak
Pemanfaatan teknologi arduino yang dikombinasikan dengan personal komputer sebagai sistem akuisisi data dapat digunakan untuk melakukan variasi pengukuran suhu secara bersamaan. Pengukuran, pengumpulan data dan penyimpanan data suhu dpat dilakukan sekaligus sehingga lebih praktis dan efisien. Sistem yang dibangun dalam bentuk prototype
menggunakan LM35 dengan pengambilan data suhu pada pada ruang laboratorium perangkat
keras STMIK AKBA menggunakan mikrokontroller arduino uno dengan antarmuka Borland
Delphi 7, dan database microsoft Access. Metode top down digunakan untuk membangun system. Dibangun mulai dari membangun sistem secara keseluruhan untuk menentukan input dan output sistem, selanjutnya menentukan sub sistem untuk perancangan keseluruhan sub system yang ada. Pada saat sensor-sensor suhu bekerja arduino uno akan memproses data yang diterima dan mengirimkan data dari sensor-sensor suhu untuk ditampilkan pada interface dalam bentuk nilai dan grafik. Hasil penelitian pemanfaatan arduino uno sistem mampu melakukan akuisisi data suhu ruang secara terpisah pada pergerakan 3 titik. Data suhu yang terukur terlihat pada grafik hasil pengukuran tersimpan pada database dengan nilai error
sebesar 7,14% dengan selisih 20C dengan suhu acuan termometer.
Kata Kunci : Arduino Uno, Borland Delphi, LM35, Akuisisi Data
1. Pendahuluan
Seiring dengan perkembangan
teknologi, maka pemanfaatan teknologi untuk melakukan sistem akuisisi data suhu
ruang yang terkomputerisasi perlu
diterapkan. Pemanfaatan arduino uno untuk sistem akuisisi data suhu ruangan pada STMIK AKBA dapat dilakukan dengan sistem komputer pengukuran beberapa titik suhu ruang secara bersamaan. selain itu, data suhu yang telah diakuisisi melalui komputer dapat diperbandingkan dari hasil pengukuran suhu di setiap titik pengukuran.
Selain sistem komputer, diperlukan
teknologi yang mampu melakukan
pengukuran besaran fisis berupa arduino. Teknologi seperti ini dapat dimanfaatkan untuk mewujudkan suatu sistem yang sederhana sampai yang kompleks. Dengan
adanya teknologi arduino yang
dikombinasikan dengan personal komputer
sebagai sistem akuisisi data, untuk
melakukan beberapa pengukuran suhu
secara bersamaan serta pengambilan,
pengumpulan dan penyimpanan data suhu ruangan pada STMIK AKBA sehingga tidak perlu lagi dilakukan akuisisi data suhu secara manual.
Sistem akuisisi data difungsikan untuk mengambil, mengumpulkan dan menyiapkan data, hingga memprosesnya untuk menghasilkan data yang dikehendaki. Jenis serta metode yang di pilih pada
umumnya bertujuan menyederhanakan
Sistem akuisisi data berkembang pesat sejalan dengan kemajuan dibidang teknologi digital dan komputer. Kini, akuisisi data mengkonversikan besaran fisis sumber data ke bentuk sinyal digital dan diolah oleh suatu komputer. Pengolahan dan pengontrolan proses oleh komputer memungkinkan penerapan akuisisi data
dengan software. Software memberikan
harapan proses akuisisi data bisa divariasi dengan mudah sesuai kebutuhan, dalam hal ini menggunakan arduino uno. Pemanfaatan Arduino uno dari Tool disesuaikan dengan
mikrokontroler yang digunakan.
Menggunakan ATmega328 sangat
memungkinkan digunakan karena memiliki bootloader untuk meng-upload program baru tanpa menggunakan programmer hardware eksternal.
Penelitian dilakukan untuk mengidentifikasi bagaimana pemanfaatan arduino uno untuk sistem akusisi data suhu ruangan pada laboratorium perangkat keras STMIK AKBA.
2. Tujuan dan Manfaat Penelitian
Tujuan dari penelitian yang akan dilakukan dengan pemanfaatan arduino uno untuk sistem akuisisi data suhu ruangan pada laboratorium perangkat keras STMIK
AKBA adalah sebagai bahan referensi bagi
peneliti-peneliti lain untuk mengembangkan
penelitian yang berhubungan dengan
pengakuisisi data suhu secara bersamaan. Selain itu data hasil akuisisi data dapat digunakan untuk proses analisa data yang berhubungan variabel suhu terhadap suatu objek serta menambah wawasan ilmu pengetahuan dan teknologi arduino uno.
3. Tinjauan Pustaka
3.1 Arduino Uno
Arduino dikatakan sebagai sebuah
platform dari physical computing yang
bersifat open source (Djuandi, 2013). Arduino tidak hanya sekedar sebuah alat pengembangan, tetapi ia adalah kombinasi
dari hardware, bahasa pemrograman dan
Integrated Development Environment
(IDE) yang canggih. Menurut Kadir (2013:16) arduino uno adalah salah satu produk berlabel arduino yang sebenarnya adalah papan elektronik yang mengandung mikrokontroller Atmega328 (sebuah keping yang secara fungsional bertindak seperti sebuah komputer). Peranti ini dapat dimanfaatkan untuk mewujudkan rangkaian elektronuk dari yang sederhana hingga yang
kompleks. Pengendalian led hingga
pengontrolan robot dapat di
implementasikan dengan menggunakan
papan yang berukuran relatif kecil yang terdapat pada arduino.
Tabel 1. Deskripsi Arduio UNO:
Mikrokontroller
Flash Memory 32KB Bootloader
SRAM 2 KB
EEPROM 1 KB Kecepatan 16
Mhz
regulator tegangan bisa panas dan merusak board. Rentang yang dianjurkan adalah 7 -12 volt.
Uno memiliki 14 pin digital yang dapat digunakan sebagai input atau output,
menggunakan fungsi pinMode(),
digitalWrite(), dan digitalRead(). Mereka beroperasi di 5 volt. Setiap pin dapat memberikan atau menerima maksimum 40 mA dan memiliki resistor pull-up internal dari 20-50 K.
Uno Arduino memiliki sejumlah
fasilitas untuk berkomunikasi dengan
komputer, Arduino lain, atau
mikrokontroler lain. ATmega328 ini
menyediakan UART TTL (5V) komunikasi serial, yang tersedia pada pin digital 0 (RX) dan 1 (TX). Sebuah ATmega16U2 pada saluran board ini komunikasi serial melalui USB dan muncul sebagai com port virtual untuk perangkat lunak pada komputer. Firmware Arduino menggunakan USB driver standar COM, dan tidak ada driver eksternal yang dibutuhkan. Namun, pada Windows, file. Inf diperlukan. Perangkat lunak Arduino termasuk monitor serial yang memungkinkan data sederhana yang akan dikirim ke board Arduino. RX dan TX LED di board akan berkedip ketika data sedang dikirim melalui chip USB-to-serial
dan koneksi USB ke komputer.
ATmega328 ini juga mendukung
komunikasi I2C (TWI) dan SPI. Fungsi ini digunakan untuk melakukan komunikasi inteface pada sistem.
Lingkungan open-source Arduino
memudahkan untuk menulis kode dan meng-upload ke board Arduino. Ini berjalan pada Windows, Mac OS X, dan Linux. Berdasarkan Pengolahan, avr-gcc, dan perangkat lunak sumber terbuka lainnya.
3.2 Akuisisi Data
Sistem akuisisi data dapat
didefinisikan sebagai suatu sistem yang
berfungsi untuk mengambil,
mengumpulkan dan menyiapkan data, hingga memprosesnya untuk menghasilkan
data yang dikehendaki. Jenis serta metode yang di pilih pada umumnya bertujuan untuk menyederhanakan setiap langkah yang dilaksanakan pada keseluruhan proses. Suatu sistem akuisisi data pada umumnya dibentuk sedemikian rupa sehingga sistem
tersebut berfungsi untuk mengambil,
mengumpulkan dan menyimpan data dalam bentuk yang siap untuk diproses lebih lanjut.
Pada mulanya proses pengolahan data lebih banyak dilakukan secara manual oleh manusia, sehingga pada saat itu perubahan besaran fisis dibuat ke besaran yang langsung bisa diamati panca indra manusia. Selanjutnya dengan kemampuan teknologi pada bidang elektrikal besaran fisis yang diukur sebagai data dikonversikan ke bentuk sinyal listrik, data kemudian ditampilkan ke dalam bentuk simpangan jarum, pendaran cahaya pada layar monitor, rekorder xy dan lain-lain. Sistem akuisisi data berkembang pesat sejalan dengan kemajuan dibidang teknologi digital dan
komputer. Kini, akuisisi data
menkonversikan besaran fisis sumber data ke bentuk sinyal digital dan diolah oleh
suatu komputer. Pengolahan dan
pengontrolan proses oleh komputer
memungkinkan penerapan akuisisi data
dengan software. Software memberikan
harapan proses akuisisi data bisa divariasi dengan mudah sesuai kebutuhan.
3.3 Sensor Suhu (LM35)
Menurut Budiharto (2006:106),
sensor suhu lm35 merupakan sensor
temperatur yang tidak membutuhkan
kalibrasi eksternal. Sensor suhu LM35
adalah komponen elektronika yang
memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. Sensor Suhu LM35 yang dipakai dalam penelitian ini berupa komponen elektronika elektronika yang diproduksi
oleh National Semiconductor. LM35
sensor suhu yang lain, LM35 juga
mempunyai keluaran impedansi yang
rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kendali khusus serta tidak memerlukan penyetelan lanjutan.
Meskipun tegangan sensor ini dapat mencapai 30 volt akan tetapi yang diberikan kesensor adalah sebesar 5 volt, sehingga dapat digunakan dengan catu daya tunggal dengan ketentuan bahwa LM35 hanya membutuhkan arus sebesar 60 µA hal ini berarti LM35 mempunyai kemampuan
menghasilkan panas (self-heating) dari
sensor yang dapat menyebabkan kesalahan pembacaan yang rendah yaitu kurang dari 0,5 ºC pada suhu 25 ºC .
1. Struktur Sensor LM35
Gambar 1. Bentuk fisik LM35
Gambar 1 menunjukan bentuk dari LM35 tampak depan dan tampak bawah. 3 pin LM35 menujukan fungsi masing-masing pin diantaranya, pin 1 berfungsi sebagai sumber tegangan kerja dari LM35, pin 2 atau tengah digunakan sebagai
tegangan keluaran atau Vout dengan
jangkauan kerja dari 0 Volt sampai dengan 1,5 Volt dengan tegangan operasi sensor LM35 yang dapat digunakan antar 4 Volt sampai 30 Volt. Keluaran sensor ini akan naik sebesar 10 mV setiap derajad celcius
sehingga diperoleh persamaan sebagai berikut :
VLM35 = Suhu* 10 mV
Gambar 2. Skematik rangkaian dasar sensor suhu LM35-DZ
Gambar 2 merupakan gambar
skematik rangkaian dasar sensor suhu
LM35-DZ. Rangkaian ini sangat
sedeCrhana dan praktis. Vout adalah
tegangan keluaran sensor yang terskala
linear terhadap suhu terukur, yakni 10
milivolt per 1 derajad celcius. Jadi jika
Vout = 530mV, maka suhu terukur adalah
53 derajat Celcius. Dan jika Vout = 320mV, maka suhu terukur adalah 32 derajat Celcius. Tegangan keluaran ini
bisa langsung diumpankan sebagai
masukan ke rangkaian pengkondisi sinyal seperti rangkaian penguat operasional dan rangkaian filter, atau rangkaian lain seperti
rangkaian pembanding tegangan dan
rangkaian Analog-to-Digital Converter.
Rangkaian dasar tersebut cukup
untuk sekedar bereksperimen atau untuk aplikasi yang tidak memerlukan akurasi pengukuran yang sempurna. Akan tetapi tidak untuk aplikasi yang sesungguhnya. Terbukti dari eksperimen yang telah saya
lakukan, tegangan keluaran sensor
belumlah stabil. Pada kondisi suhu yang relatif sama, jika tegangan suplai saya ubah-ubah (saya naikkan atau turunkan),
maka Vout juga ikut berubah. Memang
secara logika hal ini sepertinya benar, tapi untuk instrumentasi hal ini tidaklah
diperkenankan. Dibandingkan dengan
seyogyanya dapat dijadikan patokan bagi penggunanya. Jika nilainya berubah-ubah untuk kondisi yang relatif tidak ada perubahan, maka alat ukur yang demikian ini tidak dapat digunakan.
1. Karakteristik Sensor LM35.
Gambar 3. Bagian LM35
a. Memiliki sensitivitas suhu, dengan
faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10 mVolt/ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.
b. Memiliki ketepatan atau akurasi
kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu 25 ºC dan Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai
f. Memiliki impedansi keluaran yang
rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA.
g. Memiliki ketidaklinieran hanya
sekitar ± ¼ ºC.
2. Prinsip Kerja Sensor LM35
Secara prinsip sensor akan melakukan penginderaan pada saat perubahan suhu setiap suhu 1 ºC akan menunjukan tegangan sebesar 10 mV. Pada penempatannya LM35 dapat ditempelkan dengan perekat atau dapat pula disemen pada permukaan akan tetapi suhunya akan sedikit berkurang
sekitar 0,01 ºC karena terserap pada suhu permukaan tersebut. Dengan cara seperti ini diharapkan selisih antara suhu udara dan suhu permukaan dapat dideteksi oleh sensor LM35 sama dengan suhu disekitarnya, jika suhu udara disekitarnya jauh lebih tinggi
atau jauh lebih rendah dari suhu
permukaan, maka LM35 berada pada suhu permukaan dan suhu udara disekitarnya .
Jarak yang jauh diperlukan
penghubung yang tidak terpengaruh oleh interferensi dari luar, dengan demikian digunakan kabel selubung yang ditanahkan sehingga dapat bertindak sebagai suatu
antenna penerima dan simpangan
didalamnya, juga dapat bertindak sebagai perata arus yang mengkoreksi pada kasus yang sedemikian, dengan mengunakan
metode bypass kapasitor dari Vin untuk
tegangan listrik oleh rangkaian di dalam IC, dimana perubahan suhu berbanding lurus dengan perubahan tegangan output.
c. Pada seri LM35 Vout=10 mV/oC
Tiap perubahan 1oC akan
menghasilkan perubahan tegangan output sebesar 10mV
3. Kelebihan dan Kelemahan Sensors
LM35
a. Kelebihan :
1) Rentang suhu yang jauh, antara -55
sampai +150 oC
2) Low self-heating, sebesar 0.08 oC
3) Beroperasi pada tegangan 4 sampai
30 V
4) Rangkaian tidak rumit
5) Tidak memerlukan pengkondisian
sinyal
b. Kelemahannya
Membutuhkan sumber tegangan
3.4 Pemrograman Delphi
Menurut buku Wahana Komputer (2009:2), Bahasa delphi merupakan salah satu bahasa pemrograman turunan turbo pascal produk borland. Bahasa Delphi merupakan bahasa pemrograman yang dapat diatur sedemikian rupa sehingga dapat bekerja sama dengan peranti lain
sehingga membentuk suatu sistem
pengendali. Bahasa Delphi mempunyai form dan editor program untuk membuat program. Dengan menggabungkan form
dan editor program, Delphi dapat
digunakan sebagai software yang berisi
urutan perintah untuk mengendalikan suatu alat terkendali.
Program Delphi mengkordinasikan
perintah-perintah untuk mengaktifkan
maupun menonaktifkan
komponen-komponen yang sudah kita pilih
sebelumnya dan diatur dalam sebuah form. Form sama seperti window yang anda liat di Word, Paradox dan aplikasi windows lainnya. Komponen yang akan kita gunakan sebelumnya kita tempatkan dalam sebuah form dan dikelompkkan dengan komponen lain yang sejenis sehingga menjadi sebuah pengontrol. Cara kerja komponen ini bisa kita atur sedemikian rupa melalui editor program Delphi.
Program form dan program untuk
mengontrol form disimpan sebagai file
dengan ekstensi .pas, atau disebut juga dengan Unit. Setiap kali anda akan
menambahkan event handler atau
menambahkan perintah,file ini akan diubah.
Delphi akan menempatkan kursor ditempat
dimana seharusnya anda menambahkan program tersebut.jika anda menambahkan form baru maka form tersebut akan mempunyai file dengan ekstensi .dfm dan .pas sendiri. Setiap form mempunyai properti yang dapat diubah tampilannya dengan mengubah warna,ukuran, lokasi, dan lain-lain. Sejumlah form mempunyai event handler
Pada awal pemrograman Delphi kita dihadapkan pada suatu lingkungan Delphi dimana semua tool yang akan digunakan
untuk mendesain dan menjalankan
programaplikasiterhubung menjadi satu
kesatuan yang memudahkan pengembangan program.lingkungan ini dinamakan IDE (Integrated Development Environment). IDE terdiri dari toolbar, debugger, editor Program, dan lain-lain. Semua fasilitas ini akan digunakan pada saat kita membuat program.
4. Hasil dan Pembahasan 4.1. Metode Perancangan
Perancangan hardware yang akan dilakukan dalam pembuatan sistem akuisisi data menggunakan arduino, perancangan ini menggunakan komunikasi USB untuk menghubungkan arduino dengan personal komputer. Untuk menampilkan data hasil pengukuran pada interface, arduino dihubungan dengan sensor-sensor suhu. Dalam pembuatan sensor suhu akan digunakan komponen LM35. Pada saat sensor-sensor suhu bekerja arduino akan
memproses data yang diterima dan
mengirimkan data dari sensor-sensor suhu untuk ditampilkan pada interface dalam bentuk nilai dan grafik. Adapun blok diagram pada perancangan ini:
Gambar 4. Blok Diagram Sistem
Langkah selanjutnya setelah
merancang perangkat keras adalah
merancang perangkat lunak sistem akuisisi data menggunakan arduino uno. Pada perancangan perangkat lunak aplikasi yang
digunakan Borland delphi 7 dan arduino
1. Program Komputer.
2. Program arduino.
Gambar 5 merupakan flowchart program dari sistem yang dibangun:
Gambar 5. Flowchart Sistem
Pada perancangan perangkat lunak, data suhu yang diakuisisi akan terkumpul secara otomatis melalui pengaturan pada perangkat lunak yang dibuat. Dalam perangkat lunak yang dirancang akan dibuat
fungsi-fungsi yang akan melakukan
pengambilan data sesuai dengan keinginan peneliti, misalnya data akan diakuisisi setiap satu jam, peneliti hanya perlu melakukan pemilihan lama pengambilan
data suhu dalam satuan jam dan
menentukan jumlah jam untuk pengambilan data, maka data akan diambil sesuai dengan
pengaturan yang dilakukan. Selain
pengambilan data suhu, pada perancangan perangkat lunak juga akan dibuat suatu tampilan pergerakan dari suhu yang terukur. Pada perancangan tampilan pergerakan suhu akan dibuat dalam bentuk grafik yang
didalamnya terdapat pengaturan lama waktu untuk menampilkan data suhu, misalnya data suhu akan ditampilkan setiap detik, maka di setiap detik data suhu akan ditampilan dalam bentuk grafik.
4.2Metode Pengujian Perangkat Lunak
Perangkat lunak yang selesai dibuat
perlu diuji kebenarannya. . Pengujian
dilakukan untuk mengetahui unjuk kerja dari sistem dan untuk mengetahui apakah sistem sudah sesuai dengan perancanaan atau belum. Pengujian terlebih dahulu dilakukan secara terpisah pada masing-masing unit dan kemudian dilakukan ke dalam sistem yang telah terintegrasi.
4.3. Hasil Pengujian
Pengujian program akuisisi data pada
software arduino berfungsi untuk
mengetahui error yang disebabkan oleh kesalahan pembuatan script dan untuk melakukan pengambilan data suhu melalui sensor suhu LM35.
Gambar 7. Tampilan Program Arduino Error
Gambar 8. Tampilan Rangkaian Sensor Suhu Menggunakan LM35
Data rata-rata selisih yang diperoleh dari perbandingan sistem akuisisi data suhu yang dibuat dengan termometer sebesar
2 0C atau dengan tingkat errordibandingkan
dengan termometer diperoleh sebesar
7,14 %.
5. Kesimpulan
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa:
1. Sistem mampu melakukan akuisisi data
suhu ruangan laboratorium perangkat keras STMIK AKBA dengan variasi pengukuran suhu secara terpisah pada 1 titik, 2 titik dan 3 titik dengan rata-rata 25 0C
2. Pergerakan dari data suhu yang terukur
berdasarkan hasil pengukuran terlihat pada grafik dan data-data suhu serta tesimpan dalam database dengan nilai
error sebesar 7,14% dengan selisih 20C
dibandingkan dengan suhu acuan termometer.
Daftar Pustaka
[1] Budiharto Widodo, 2006. Membuat Robot Cerdas: Jakarta: Elex Media Komputindo
[2] Jogiyanto HM, 1990. Analisis dan Desain Sistem Informasi : Pendekatan terstruktur teori dan praktik aplikasi bisnis. Yogyakarta: ANDI.
[3] Kadir Abdul, 2010. Mudah Mempelajari Database Access. Yogyakarta: ANDI.
[4] Kadir Abdul, 2013. Panduan Praktis Mempelajari Aplikasi Mikrokontroler dan Pemrogramannya Menggunakan Arduino. Yogyakarta: ANDI.
[5] Pitowarno Endra, 2006. ROBOTIKA: Desain, Kontrol, dan Kecerdasan Buatan. Yogyakarta: ANDI
[6] Sugiri, supriyadi, 2009. Pemrograman Sistem Pengendali Dengan Delphi. Yogyakarta: ANDI.
[7] Supriyadi Muhammad, 2009.
Pemrograman IC PPI 8255
Menggunakan Delphi.
[8] Fitriani Enis, 2012. Rancang Bangun Data Akuisisi Temperatur 10 Kanal Berbasis Mikrokontroller AVR Atmega 16.
http://ejournal.narotama.ac.id
[9] Utomo Tri Ambar, 2011. Implementasi Mikrokontroller sebagai Pengukur Suhu Delapan Ruangan.
