BAB II DASAR TEORI
2.1. Konsep dan Definisi Konsep 2.1.1. Mikrokontroler Arduino
Mikrokontroler yaitu chip yang merupakan IC (Integrated Circuit), fungsinya yaitu menerima sinyal input, kemudian mengelolah dan memberikan sinyal output selaras dengan pengaturan program di dalamnya.
Asal dari sinyal input mikrokontroler yaitu sensor berupa informasi dari lingkungan. Berbeda dengan itu, sinyal output ditujukan pada actuator yang mampu memberi efek pada lingkungan. Berdasarkan paparan tersebut, dapat dipahami bahwa mikrokontroler selayaknya otak dari perangkat yang dapat melakukan interaksi dengan lingkungan sekitar.
Komponen dari mikrokontroler Arduino yakni software serta hardware. Tak berbeda jauh dari hardware mikrokontroler pada umumnya, Mikrokontroler Arduino juga memiliki hardware serupa, hanya saja mendapatkan penambahan penamaan pin. Tujuan penambahan tersebut yaitu agar lebih mudah untuk diingat. Pengunduhan software Arduino dapat dilakukan bebas tanpa biaya karena merupakan software open source yang biasa dipakai untuk membuat serta memasukkan program pada Arduino.
Arduino memiliki desain yang mudah untuk dipelajari dan dipahami karena tidak banyak tahapan mikrokontroler konvensional di dalamnya. Hal itulah yang membuat pengguna pemula mudah untuk mempelajari mikrokontroler menggunakan Arduino.
Prosesor yang dimiliki oleh hardware Arduino yaitu Atmel AVR dan bahasa pemrogramannya yaitu bahasa pemograman C. Berikut ini rincian memori yang terdapat pada Arduino Uno: sebesar 32KB terdapat di flash memory, sebesar 2KB SRAM, dan 1KB pada EEPROM. XTAL dengan frekuensi 16 Mhz digunakan pada clock di board Uno. Tegangan aktif yang dibutuhkan oleh Arduino Uno yaitu berkisar pada 5 volt, sehingga untuk mengaktifkannya dapat menggunakan koneksi USB.
5
Sebanyak 28 kaki yang paling sering digunakan pada Arduino Uno.
Terdapat 14 kaki pada digital I/O, kaki 0 hingga 13, 6 kaki tersebut dapat memberi output PWM (kaki 3,5,6,9,10, dan 11. Tiap-tiap kaki digital berjumlah 14 di Uno keseluruhannya memiliki tegangan maksimum 5 volt ketika beroperasi dan mampu memberi ataupun menerima maksimum 40mA. Selanjutnya, Analog Input memiliki 6 kaki yaitu A0 - A5. Tempat input tegangan ketika yang digunakan adalah sumber daya eksternal selain USB dan adaptor yaitu kaki Vin. ATMega328 termasuk mikrokontroler kategori AVR 8 bit. Terdapat beberapa mitrokontroler yang tipenya sama dengan ATMega8, antara lain ATMega16, ATMega328, ATMega8535, ATMega32. Aspek yang membedakan beberapa tipe tersebut yaitu ukuran memori, peripherial (timer, USART, counter, dll.), jumlah GPIO (pin input/output). Bentuk fisik dari ATMega328 tampak lebih mini daripada tipe mitrokontroler lainnya yang telah disebutkan di atas. Tetapi, memori yang dimiliki ATMega328 tidak kalah jika dibandingkan dengan tipe yang lain, yaitu memori dan periperialnya cenderung mirip dengan ATMega32 dan ATMega8535. Berdasarkan GPIO, jumlahnya lebih sedikit daripada jenis mitrokontroler yang disebutkan sebelymnya. Berikut ini tabel 2.1 rincian spesifikasi Arduino Uno R3, gambar Arduino uno R3 dapat dilihat pada gambar 2 1.
Tabel 1. Spesifikasi Arduino Mikrokontroler ATmega328 Operasi Tegangan 5 volt Input Tegangan 7-12 Volt Pin I/O Digital 14
Pin Analog 6
Arus DC tiap pin I/O 50 mA Arus DC Ketika 3.3V 50 mA
Memori flash 32 KB
SRAM 2 KB
EEPROM 1 KB
Kecepatan Clock 16 MHz
Gambar 1. Gambar Arduino 2.1.2. Keypad 4 X 4 MembranType
Keypad adalah saklar push button yang susunannya dibuat matriks dengan fungsi input data seperti absensi, input pintu otomatis, input data longer dan lain sejenisnya. Umumnya, saklar push button yang menjadi komponen pada susunan keypad memiliki 3 kaki dan 2 kondisi. Pertama, jika kondisi saklar tidak ditekan maka antara kaki 1, 2, dan 3 tidak dapat terhubung (berlogika 1). Hal tersebut dapat diamati pada gambar 2.3.
Kedua, ketika saklar ditekan maka kaki 1 hingga 3 dapat terhubung dan berlogika 0, seperti tampak pada gambar 2.3 (b).
Gambar 2. Keypad
Gambar 3. Saklar Push Button
Fasilitas keypad yang digunakan pada perancangan ini untuk memberikan perintah pada mikrokontroller yang berbasis ATMega328 Arduino yaitu Keypad Membrane 4x4. Fungsi dari keypad tersebut yaitu dapat menentukan data teks yang akan dipilih pengguna. Setelah itu, mikrokontroler akan mengolah data yang diinput. Terdapat lempengan logam pada tombol keypad yang berfungsi untuk melapisinya dengan diberikan kode Braille yang disesuaikan nomor pada Keypad 4x4 biasa.
Sehingga tombol pada keypad dapat dikenali oleh penyandang memiliki tunanetra. Pengguna hanya perlu mengetikan password untuk membuka kunci pintu maka nantinya kunci pintu akan otomatis terbuka. Rangkaian keypad ditunjukkan pada gambar 2.4.
Gambar 4. Rangkaian Keypad Matriks 4x4
Dapat dilihat bahwa matrik keypad 4×4 di atas memiliki konstruksi yang sederhana, yakni memiliki 4 baris dan juga 4 kolom dilengkapi keypad saklar push button yang terletak pada masing-masing persilangan kolom
serta barisnya. Matrik keypad di atas tersusun dari 16 saklar push button dengan rincian konfigurasi 4 baris serta kolom. Total 8 line yang terbagi atas 4 baris dan 4 kolom itu dihubungkan pada port mikrokontroler 8 bit. Pada bagian baris dari matrik keypad diberikan penamaan sebagai tanda. Nama- nama itu adalah Col1, Col2, Col3, dan Col4. Tidak ada peningkatan pada sisi input maupun output dari matrik keypad 4×4, konfigurasi dapat dilakukan dengan kolom sebagai input dan output pada barisnya atau sebaliknya.
2.1.3. I2C LCD
LCD merupakan media tampilan yang dapat menampilkan karakter secara baik dan banyak, sehingga termasuk paling mudah untuk diamati.
LCD dengan ukuran 16×2 mampu menampilkan 32 karakter, terbagi menjadi 16 karakter di baris atas dan 16 karakter di bagian baris bawah.
Secara umum, kontrol pada LCD 16×2 yaitu menggunakan 16 pin yang membuatnya boros. Oleh karena itu, dibutuhkan penggunaan driver khusus agar dapat mengontrol LCD dengan jalur 12C. Pengontrolan pada LCD 12C dilakukan menggunakan 2 pin, yaitu SDA dan SCL.
12C LCD yaitu modul LCD yang pengendaliannya dilakukan secara serial sinkron menggunakan protokol 12C/IIC (Inter Integrated Circuit) atau TWI (Two Wire Interface). Di dalam kondisi normal, pengendalian modul LCD yaitu secara parallel, baik untuk jalur data maupun pengontrolannya. Tetapi, dibutuhkan banyak pin pada bagian kontroler apabila menggunakan jalur parallel. Oleh karena itu, dibutuhkan sekitar 6- 7 pin dalam pengendalian sebuah modul LCD. Dengan demikian, apabila suatu kontroler sangat sibuk dan mengendalikan I/O dalam jumlah besar maka tidak akan efektif menggunakan jalur parallel. Arduino juga telah mendukung protokol 12C/IIC. Di papan Arduino Uno, letak port 12C yaitu pada pin A4 bagian jalur SDA (Serial Data) dan jalur SCL (Serial Clock) pada pin A5. Hal yang tidak boleh dilupakan yaitu jalur kabel Ground dihubungkan antara Arduino dengan perangkat 12C client. Selanjutnya,
pada bagian software, Arduino sangat berperan besar dan membantu proses kerja dengan protokol ini menggunakan library ‘Wire.h’.
Gambar 5. I2C LCD 2.1.4. Servo Motor
Servo Motor adalah perangkat listrik yang dipakai pada berbagai mesin industri pintar yang kegunaannya untuk memacu atau memutar obyek menggunakan kontrol dengan presisi tinggi pada posisi sudut, kecepatan, dan akselerasi. Kemampuan itulah yang tidak terdapat pada motor biasa.
Apabila obyek ingin diputar atau diarahkan pada sudut ataupun jarak tertentu, maka dapat dilakukan dengan memanfaatkan servo motor.
Kemungkinan itu dapat terlaksana melalui kombinasi motor biasa dan penambahan sensor melalui encoder sebagai umpan balik posisi. Servo motor memiliki controller yang lebih populer dengan sebutan servo drive.
Servo drive termasuk bagian dari servo motor yang teramat penting dan canggih karena dirancang untuk presisi tinggi. Tingkat ketelitian dan presisi yang tinggi menjadi hal pokok bagi mesin industri, sehingga memilih servo motor yang tepat menjadi hal yang utama. Tingkat kemampuan berkaitan denagn keakuratan/toleransi (high precision positioning) dari servo motor merupakan petunjuk utama spesifikasi. Pada umumnya, servo motor pada mesin pabrik seperti CNC pemakaiannya lebih dari 1 unit untuk setiap
mesinnya, sehingga diperlukan PLC seperti Modicon M262 agar dapat melaksanakan perintah yang selaras pada semua servo motor. Sifat yang harus diterapkan pada protokol komunikasi yaitu open protocol agar PLC dan servo motor dapat berasal dari vendor yang berbeda-beda untuk bekerjaa.
Pengendalian servo motor dilakukan melalui pemberian Pulse Wide Modulation (PWM) dengan menggunakan kabel kontrol. Di dalam penentuan posisi sudut putaran dari poros motor servo yaitu menggunakan pemberian durasi “denyut”. Setelah diberikan “denyut” poros motor servo dapat bergerak dan bertahan pada posisi sesuai perintahnya. Motor servo akan berupaya menahan maupun melawan menggunakan kekuatan torsi yang dimiliki ketika posisi tersebut berusaha untuk diubah. Motor servo tidak akan terus-menerus pada posisi diam karena untuk memberikan instruksi agar tetap dalam posisinya, maka “denyut” harus diulang setiap 20 ms (mili second).
Sistem kontrol yang dimiliki oleh servo motor yaitu loop tertutup dapat dipakai dalam pengontrolan gerakan dan posisi akhir dari poros motor servo. Sederhananya, agar dapat mengetahui posisi poros telah sesuai ataukah belum maka sensor akan membaca letak poros output. Apabila posisinya belum sesuai, akan ada sinyal kontrol yang dikirim dari kontrol input agar poros posisi tersebut dapat sesuai dengan keinginan. Suatu kecepatan tidak menentukan posisi dari poros servo, tetapi dari durasi pulsa positif.
2.2. Penelitian Terdahulu
Tabel 2. Penelitian Terdahulu
No Peneliti/Tahun Judul Penelitian Hasil Penelitian 1 Geo Fillial Agiv
Winagi (2019)
Rancang Bangun Pintu Otomatis dengan
Menggunakan RFID
Penggunaan RFID untuk pintu otomatis dibuat dan juga pengoperasiannya memakai Arduino.
Termasuk pusat kendalinya dari rangkaian dan pemrogramannya memakai aplikasi Arduino versi 8.1.
2 Jeril Hendry Lontoh (2017)
Rancang Bangun Kunci Pintu Elektronik
Menggunakan Bluetooth Berbasis Android
Aplikasi yang dirancang tidak dapat membuat pintu terbuka dengan otomatis
3 Dandya Gultom, Mohammad Farid Susanto (2020)
Studi Aplikasi Smartlock Pada Pintu Rumah Dengan Arduino Berbasis Iot Dengan Sensor Suara
Mengacu pada hasil perancangan aplikasi smartlock untuk pintu rumah dengan memanfaatkan
Arduino berbasis IOT melalui sensor suara ini sudah bisa bekerja dengan baik. Tetapi, data pengujian menampilkan bahwa jumlah persentase keberhasilan
pengaksesannya melalui cara yang cukup sederhana, yakni di bawah 60%.
4 Wahyu Subawani (2019)
Sistem Pengunci Pintu Otomatis Berbasis Arduino Menggunakan Password
Merujuk pada hasil perancangan serta pengujian pada sistem pengunci pintu otomatis berbasis Arduino memakai password sesuai dengan ketentuan peneliti. Dengan demikian,
mikrokontroler
ATMega328 berperan dalam pembuatan dan pengoperasian
pengunci pintu otomatis, termasuk juga sebagai pusat
kendali dengan memakai perangkat lunak IDE Arduino.
2.3. Metode Penelitian
Metode penelitian yang digunakan dalam perancangan dan implementasi system kunci otomatis menggunakan PIN dengan Arduino dipaparkan sebagai berikut:
1. Studi Literatur: Tujuan digunakannya metode ini yaitu menemukan pemecahan masalah pada Tugas Akhir ini. diperlukan pendalaman materi terkait data penelitian yang relevan sebelumnya, yaitu berkaitan dengan sistem secara umum dan juga terkait PIN, serta Arduino Uno. Materi-materi tersebut digunakan sebagai rujukan dan bersumber dari internet, perpustakaan, maupun ruang baca lainnya.
2. Perencanaan Alat: Setelah mendapatkan informasi yang lengkap dan dirasa cukup barulah dilaksanakan tahap ini. tahapan ini akan memudahkan pembuatan alat agar terstruktur dan rapi. Perencanaan mencakup rancangan mekanik kunci pintu, rangkaian elektrik PIN, dan Arduin. Alat yang dibuat yaitu software dan juga hardware.
3. Pembuatan dan pengujian alat: Tahapan ini dilakukan melalui penghubungan terhadap keseluruhan hardware dan software. Berikut ini paparan parameter pengujiannya:
a. Pada bagian ini kemampuan hardware yaitu terkait dengan PIN dan Arduino Uno dalam pengelolaan data hasil pembacaan sensor yang dilanjutkan pada rangkaian driver motor.
b. Sesudah pembuatan hardware selesai, barulah pembuatan software dibuat.
4. Uji coba dan analisis data: Tahapan ini dilakukan melalui percobaan secara langsung memakai alat ukur. Setiap alat akan diuji agar dapat dipastikan akurasinya telah dibuat dengan tepat. Setelah semua data terkumpul dan telah dicatat, selanjutnya dilakukan analisis data.
5. Penyusunan Laporan: Setelah dilakukan studi literatur dan berbagai data pengukuran dirasa telah cukup, selanjutnya laporan perancangan ini disusun. Pengambilan data mencakup hasil dari pengukuran tegangan power supply dan konektivitas pada sensor PIN. Penyusunan laporan didasarkan pada hasil kajian pustaka, masukan dosen pembimbing, dan perolehan data pada hasil pengujian.
