T1__BAB II Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Stop Kontak Terkendali oleh Android Application Via Bluetooth T1 BAB II

BAB II

DASAR TEORI

Pada bab ini penulis akan menjelaskan teori-teori penunjang yang diperlukan

dalam merancang dan merealisasikan tugas akhir ini. Teori-teori yang digunakan

adalah mikrokontroler jenis arduino mega 2560 sebagai pengendali utama dari sistem,

modul Bluetooth HC-05 sebagai media komunikasi antara mikrokontroler dengen android smartphone, RTC (Real Time Clock), modul sensor arus ACS712, modul sensor tegangan ZMPT101B, dan modul relay. Dalam bab ini juga akan membahas

tentang perangkat lunak yang digunakan dalam pembuatan aplikasi pada android

smartphone.

2.1. Arduino Mega 2560

Arduino merupakan board sistem minimum mikrokontroler yang mempunyai sifat open source. Di dalam rangkaian board Arduino ini menggunakan IC mikrokontroler AVR yang merupakan produk dari Atmel.

Pada Arduino Mega 2560 digunakan IC mikrokontroler ATmega 2560

sementara pada Arduino Mega digunakan IC mikrokontroler ATmega 1280. Selain

bersifat open source, Arduino Mega 2560 dilengkapi dengan sebuah oscillator 16 Mhz, sebuah port USB B yang digunakan untuk upload source code program ke dalam mikrokontroler, DC power jack, ICSP header, dan tombol reset.

2.1.1. Spesifikasi

Arduino Mega 2560 ini memiliki beberapa spesifikasi, antara lain:

1. Menggunakan mikrokontroler Atmel ATmega 2560.

2. Memiliki tegangan operasi sebesar 5 V.

3. Tegangan input yang direkomendasikan sebesar 7 – 12 V.

4. Limit tegangan input 6 – 20 V.

5. Memiliki 54 pin digital I/O (6 diantaranya menyediakan output

PWM).

6. Memiliki 16 pin input analog.

7. Arus DC per pin I/O 20 mA.

8. Memiliki memori flash sebesar 256 KB, 8 KB telah digunakan untuk bootloader.

9. EEPROM sebesar 4 KB.

10.Clockspeed sebesar 16Mhz. 11.Dimensi 101.5mm x 53.4mm.

12.Berat 37g.

2.1.2. Power

Board Arduino Mega 2560 dapat ditenagai dengan power yang diperoleh dari koneksi kabel USB, atau via power supply eksternal. 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 eksternal power supply yang memiliki tegangan antara 6V hingga 20V [1].

Namun ada beberapa hal yang harus di 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

2.1.3. Input dan Output

Ada 54 pin digital pada Arduino Mega 2560 yang dapat

digunakan sebagai input ataupun output dengan menggunakan fungsi

perintah pinMode(), digitalWrite(), digitalRead(). Input/output ini bekerja pada tegangan 5 V. Setiap pinnya dapat menghasilkan dan

menerima arus maksimal sebesar 40 mA.

2.2. Modul Bluetooth HC-05

Pada perancangan tugas akhir ini dibutuhkan koneksi antara android

smartphone dengan mikrokontroler secara nirkabel, maka digunakan media Bluetooth

sebagai sarana komunikasi.

Modul Bluetooth yang digunakan adalah tipe HC-05. Modul Bluetooth HC-05

merupakan modul Bluetooth yang dapat diatur sebagai master atau slave. Mode

master adalah mode di mana Bluetooth dapat berfungsi sebagai pengirim dan

penerima data, sedang mode slave Bluetooth hanya dapat berfungsi sebagai penerima

saja.

Pada modul Bluetooth tipe HC-05 ini memiliki beberapa spesifikasi antara lain

adalah:

1. Memakai Bluetooth Chip dengan standar ver 2.0.

2. Menggunakan tegangan rendah sebesar 3.3 volt.

3. Dimensi: 28 mm x 15 mm x 2.35 mm.

4. Jangkauan 10 meter.

2.3. Modul Real Time Clock DS1307 (RTC)

RTC (Real time clock) adalah jam elektronik berupa chip yang dapat

menghitung waktu (mulai detik hingga tahun) dengan akurat dan menjaga/menyimpan

data waktu tersebut secara real time. RTC memiliki internal batery sendiri untuk

menyimpan data waktu dan tanggal. Sehingga jika system komputer / microcontroller

mati waktu dan tanggal didalam memori RTC tetap terupdate

Salah satu RTC yang sudah populer dan mudah penggunaanya adalah

DS1307. DS1307 memiliki akurasi (kadaluarsa) hingga tahun 2100.

Gambar 2.3. Konfigurasi PIN RTC DS1307[16].

Bentuk komunikasi data dari IC RTC adalah I2C yang merupakan

kepanjangan dari Inter Integrated Circuit. Komunikasi jenis ini hanya menggunakan 2

jalur komunikasi yaitu SCL dan SDA.

Fungsi pin dari komponen RTC S1307 adalah sebagai berikut :

1. Pin Vcc (Nomor 8) berfungsi sebagai sumber energy listrik utama.

Tegangan kerja dari komponen ini adalah 5 volt, dan ini sesuai dengan

tegangan kerja dari mikrokontroler Arduino Board

2. Pin GND (Nomor 4) untuk menghubungkan ground yang dimiliki oleh

komponen RTC dengan ground dari battery back-up

3. SCL berfungsi sebagai saluran clock untuk komunikasi data antara

mikrokontroler dengan RTC

4. SDA berfungsi sebagai saluran data untuk komunikasi data antara

mikrokontroler dengan RTC

5. X1 dan X2 berfungsi untuk saluran clock yang bersumber dari kristal external

Gambar 2.4. Modul RTC DS1307[17].

2.4. Modul Sensor arus ACS712 5A

Sensor arus 5 ACS712 5A merupakan modul sensor untuk mendeteksi besar

arus yang mengalir lewat blok terminal menggunakan current sensor chipACS712-5

yang memanfaatkan efek Hall. Efek Hall merupakan suatu peristiwa berbeloknya

aliran listrik (elektron) dalam pelat konduktor karena pengaruh medan magnet. Cara

kerja sensor ini adalah arus yang mengalir melalui kabel tembaga yang ada di dalam

sensor tersebut menghasilkan medan magnet yang ditangkap oleh integrated Hall IC dan diubah menjadi tegangan proporsional.

Besar arus maksimum yang dapat dideteksi sebesar 5A di mana tegangan pada

pin keluaran akan berubah secara linear mulai dari 2,5V (½×VCC, tegangan catu daya

VCC= 5V) untuk kondisi tidak ada arus hingga 3,5V pada arus sebesar +5A atau 1,5V

pada arus sebesar −5A (positif/negatif tergantung polaritas, nilai di bawah 1,5V atau di atas 3,5V dapat dianggap lebih dari batas maksimum). Perubahan tingkat tegangan

berkorelasi linear terhadap besar arus sebesar 185 mV / Ampere untuk jenis ACS712

5A.

Gambar 2.6. Pinout Diagram ACS712[19].

Pin 1, 2, 3 dan 4 digunakan untuk pendeteksian dan perasa arus. Hambatan

dalam penghantar sensor sebesar 1,2mΩ dengan daya yang rendah. Jalur terminal

konduktif secara kelistrikan diisolasi dari sensor. (pin 5 sampai pin 8). Aliran arus

listrik yang mengakibatkan medan magnet yang menginduksi bagian dynamic offset cancellation dari ACS712 dikuatkan oleh amplifier dan melalui filter sebelum dikeluarkan melalui kaki 6 dan 7 [2].

2.5. Modul Sensor Tegangan ZMPT101B

Modul sensor ZMPT101B adalah sensor tegangan yang dapat mengukur

tegangan dari 0-1000V. Prinsip kerja dari sensor ini adalah dengan menurunkan

tegangan masukan menggunakan step down transformator, kemudian dengan masuk

ke op-amp dan akan didapat nilai keluaran yang stabil tergantung dari nilai

masukannya.

Gambar 2.8. Skema Rangkaian Modul Sensor ZMPT101B[21].

Berikut ini adalah spesifikasi dari modul sensor tegangan ZMPT101B.

Tabel 2.1. Tabel Spesifikasi Modul Sensor ZMPT101B

Model ZMPT101B

Arus primer 2mA

Arus sekunder 2mA

Turns ratio 1000:1000

Phase angle error ≤20’ (input 2mA, sampling resistor 100Ω)

Jangkauan linear 0~1000V 0~10mA (sampling resistor 100Ω)

Linearitas ≤0.2% (20%dot~120%dot)

Toleransi kesalahan -0.5% ≤ f ≤ 0(input 2mA, sampling resistor 100Ω)

Tegangan terisolasi 4000V

Pengaplikasian Pengukuran tegangan dan daya

Same Polarity 1 3pin

Encapsulation Epoxy

Instalasi PCB

Modul sensor ZMPT101B memiliki dimensi yang kecil, akurasi pengukuran

yang tinggi, dan konsistensi keluaran yang stabil untuk pengukuran tegangan dan

daya. Modul sensor ini biasanya digunakan untuk pengukuran daya/energi,

perlengkapan rumah tangga, dan perlengkapan industri.

Gambar 2.9. Modul Sensor ZMPT101B[22].

2.6. Modul Relay

Relay adalah saklar (Switch) yang dioperasikan secara listrik dan merupakan komponen Electromechanical (Elektromekanikal) yang terdiri dari 2 bagian utama yakni Elektromagnet (Coil) dan Mekanikal (seperangkat kontak saklar/switch). Relay menggunakan prinsip elektromagnetik untuk menggerakkan kontak saklar sehingga

dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. Sebagai contoh, dengan Relay yang menggunakan

Elektromagnet 5V dan 50 mA mampu menggerakan ArmatureRelay (yang berfungsi sebagai saklarnya) untuk menghantarkan listrik 220V 2A

2.7. Apache Cordova

Apache Cordova (dulunya adalah PhoneGap) adalah

framework pengembangan aplikasi mobile yang awalnya dibuat oleh perusahaan bernama Nitobi. Pada tahun 2011 kemudian Adobe System membeli perusahaan

tersebut, dan menyerahkan pengembangan open sourcenya kepada Apache Software Foundation dengan nama baru Apache Cordova. Apache Cordova memungkinkan

untuk membuat aplikasi mobile dengan menggunakan CSS3, HTML5 dan JavaScript daripada menggunakan API yang spesifik untuk masing-masing platform seperti Java

untuk Android, Swift untuk iOS dan C# untuk Windows Phone. Dengan satu kode

sumber yang sama, Apache Cordova dapat membuat aplikasi agar dapat berjalan di