BAB II LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Microcontroller Wemos Microcontroller Wemos adalah sebuah Microcontroller pengembangan berbasis modul microcontroller ESP Microcontroller Wemos dibuat sebagai solusi dari mahalnya sebuah sistem wireless berbasis Microcontroller lainnya. Dengan menggunakan Microcontroller Wemos biaya yang dikeluarkan untuk membangun sistem WiFi berbasis Microcontroller sangat murah, hanya sepersepuluhnya dari biaya yang dikeluarkan apabila membangun sistem WiFi dengan menggunakan Microcontroller Arduino Uno dan WiFi Shield. Gambar 2.1 Microcontroller Wemos yang berbeda pada Microcontroller ini yaitu kemampuannya untuk menyedikan fasilitas konektifitas WiFi dengan mudah serta memory yang digunakan sangat besar yaitu 4 MB [2]. 5

2 Microcontroller Chipset pada Microcontroller Wemos Pada Microcontroller wemos memiliki 2 buah chipset yang digunakan sebagai otak kerja platform tersebut. Beberapa chipset pada Microcontroller ini adalah : a. Chipset ESP8266 ESP8266 adalah sebuah chip microcontroller yang memiliki fitur Wi-Fi yang mendukung stack TCP / IP. Diproduksi oleh produsen Cina yang berbasis di Shanghai, Espressif. Pada Agustus 2014 AI-Thinker membuat modul ESP-01 dengan menggunakan lisensi oleh Espressif. modul kecil ini memungkinkan microcontroller untuk terhubung dengan jaringan Wi- Fi dan membuat koneksi TCP / IP hanya dengan menggunakan command yang sederhana seperti Hayes-gaya. Harga yang sangat rendah dan sangat sedikit komponen eksternal pada modul ini mengakibatkan sangat murahnya harga sebuah chip ini. Dengan clock 80 MHz chip ini dibekali dengan 4MB Eksternal RAM, mendukung format IEEE b/g/n sehingga tidak menyebabkan interference bagi yang lain. Mendukung enkripsi WEP, WPA sehingga menjadikan chipset ini sangat aman digunakan. Chipset ini memiliki 16 GPIO pin yang berkerja pada 3.3 Volt, 1 pin ADC dengan resolusi 10 bit. b. Chipset CH340 CH340 adalah sebuah Chipset yang mengubah USB menjadi serial interface. Sebagai contohnya adalah aplikasi USB converter to IrDA atau aplikasi USB converter to Printer. Dalam mode serial interface, CH340 mengirimkan sinyal penghubung yang umum digunakan pada MODEM. CH340 digunakan untuk memperbesar asynchronous serial interface komputer atau mengubah perangkat serial interface umum untuk berhubungan dengan bus USB secara langsung. Modul Microcontroller ini dapat dibangun sendiri atau dibeli jadi. Perangkat lunaknya dapat didownload secara gratis. Desain referensi perangkat

3 7 keras (File CAD) yang tersedia di bawah lisensi open-source, dan bebas untuk mengubahnya sesuai dengan kebutuhan. Walaupun modul Microcontroller ini berbeda dengan modul Microcontroller arduino, namun kita dapat menggunakan baik IDE, Library, Maupun command yang terdapat pada arduino untuk dapat digunakan pada microcontroller ini [3] Sketch Sketch adalah lembar kerja pada sistem arduino yang digunakan untuk menulis listing program, mengeditnya, mengcompile dan kemudian mengupload ke dalam Microcontroller tersebut. Sketch Arduino terdiri dari bagian-bagian seperti comments, Setup (), dan Loop (). Dibawah ini akan dijelaskan secara lebih detail mengenai bagian-bagian tersebut Comments Biasanya komentar digunakan untuk memudahkan bagi orang-orang membaca kode yang telah ditulis oleh engineer, untuk menjelaskan tujuan dari dibuatnya program ini, cara kerjanya, atau mengapa program tersebut ditulis seperti itu. Dibawah adalah contoh Comments : /* * Blink * * The basic Arduino example. Turns on an LED on for one second, * then off for one second, and so on... We use pin 13 because, * depending on your Arduino board, it has either a built-in LED * or a built-in resistor so that you need only an LED. * * */ Adalah sesuatu yang baik untuk memberikan komentar atas sketch, salah satunya adalah untuk membantu ketika adanya kode yang ingin diperbaiki serta hal ini dapat membantu orang lain untuk belajar dari atau memodifikasi kode yang sudah berjalan. Ada comments dengan bentuk lain, yaitu single-line. Comments

4 8 ini dimulai dengan // dan lanjut hingga ke akhir baris. Sebagai contohnya adalah : int ledpin = 13; // LED connected to digital pin 13 Kalimat yang berisi pesan ini "LED connected to digital pin 13" adalah sebuah comments yang digunakan untuk menjelaskan mengenai variable Fungsi Setup () Ada beberapa fungsi khusus yang merupakan bagian dari sketch yaitu Setup (). Fungsi Setup () dipanggil sekali, yaitu ketika sketsa dimulai. Fungsi ini merupakan tempat yang baik untuk melakukan pengaturan-pengaturan seperti : Pengaturan mode output pada pin digital Inisialisasi Library Microcontroller arduino Inisialisasi Variabel, dan lain-lain fungsi Setup hanya akan berjalan sekali, setelah setiap PowerUp atau setelah tombol reset pada rangkaian modul Arduino ditekan. Berikut adalah contoh dari fungsi Setup () : void Setup () { Serial.begin(9600); pinmode(buttonpin, INPUT); } Fungsi Loop () Fungsi Loop () adalah fungsi utama dalam sketch arduino ini. Fungsi ini dipanggil berulang kali oleh modul Microcontroller untuk menjalankan program yang telah tersimpan di dalamnya. Berikut adalah contoh penggunaan dari fungsi Loop () : void Loop ()

5 9 { if (digital Read(buttonPin) == HIGH) serialwrite('h'); else serialwrite('l'); delay(1000); } fungsi Loop () sesuai dengan namanya, melakukan perulangan setiap listing program yang dituliskan, yang pada saat tertentu variable dari program anda telah berubah sehingga sistem merespon dan menghasilkan output baru yang berbeda dengan hasil output pertama Fitur-fitur Microcontroller Wemos Berikut ini adalah Fitur-fitur dari perangkat keras Microcontroller Wemos. Perangkat keras ini dapat diprogram dengan mudah pada sketch. Ada beberapa fitur-fitur perangkat keras yang dapat ditemukan pada modul Microcontroller Wemos, berikut adalah penjelasan dari fitur-fitur tersebut : Pin Digital Salah satu I/O Port pada modul Microcontroller Wemos dikenal dengan Pin Digital. Pin ini dapat dikonfigurasi baik sebagai input ataupun dapat digunakan sebagai output. 1. Karakteristik pin digital ketika menjadi input Secara default pengaturan port digital adalah pengaturan untuk port masukan, sehingga mereka tidak perlu secara eksplisit dinyatakan sebagai input dengan pinmode (). Pin dikonfigurasi sebagai input sehingga pin tersebut berada dalam keadaan impedansi tinggi. Salah satu penjelasannya adalah pin input akan mengambil daya yang sangat kecil sekali pada rangkaian ketika dalam kondisi pengambilan sampel, dapat dikatakan bahwa ada resistor seri dari 100 Megaohm di depan pin tersebut. Hal ini

6 10 berarti bahwa hanya sangat sedikit arus yang digunakan untuk memindahkan kondisi pin input tersebut dari keadaan satu ke keadaan yang lain. Sehingga hal ini dapat membuat pin berguna untuk melakukan tugas-tugas seperti membaca sensor sentuh kapasitif, membaca sebuah LED sebagai dioda, atau membaca sebuah sensor analog dengan skema seperti RCTime. Akan tetapi hal ini juga berarti, apabila ada pin input yang tidak terhubung ke rangkaian, akan menghasilkan beberapa keadaaan seperti akan berlogika acak, menghasilkan noise, atau akan menjadi kapasitor coupling pada pin yang berdekatan dengan Pin tersebut. Adalah hal yang berguna untuk mengarahkan pin masukan ke keadaan yang dikenal jika tidak ada input. Hal ini dapat dilakukan dengan menambahkan resistor pull-up (ke +3.3 V), atau resistor pull-down (resistor ke tanah) pada input, dengan resistor 10 Kohm. Ada juga resistor pull-up 20 KOhm yang dapat di akses pada chip Atmega dengan perangkat lunak. Berikut ini adalah cara untuk mengakses resistor pullup built-in. pinmode(pin, INPUT); digital Write(pin, HIGH); // set pin to input // turn on pullup resistors 2. Karakteristik pin digital ketika menjadi Output Apabila Pin digital ini dikonfigurasi sebagai OUTPUT dengan pinmode (), maka Pin ini akan berada dalam keadaan impedansi rendah. Hal ini berarti bahwa mereka dapat menyediakan sejumlah besar arus ke rangkaian lainnya. Pin Atmega dapat menjadi sumber arus positif atau menjadi sumber arus negatif hingga 40 ma (milliamps) arus ke perangkat lain. Hal ini cukup untuk menghidupkan sebuah LED, menjalankan banyak sensor, namun sayangnya saat ini tidak cukup untuk menjalankan relay, solenoida, atau motor. Hubungan pendek pada pin, atau mencoba untuk menjalankan rangkaian dengan arus yang besar, dapat merusak atau menghancurkan transistor output pada pin, atau merusak chip secara keseluruhan. Sering kali ini

7 11 akan menghasilkan sebuah pin "mati" dalam microcontroller akan tetapi chip yang tersisa masih akan berfungsi secara memadai. Maka untuk alasan ini, adalah sebuah ide yang baik untuk menghubungkan pin OUTPUT ke perangkat lain dengan resistor 470 Ohm atau 1 KOhm Pin Analog Pin analog pada microcontroller ini memiliki 10 bit resolusi dengan nilai maksimum 3.2 Volt. Pin analog ini dapat dikonfigurasi dan digunakan persis dengan cara yang sama seperti pin digital. Berikut ini adalah karakteristik dari Pin Analog. 1. A/D Converter Chips Atmega digunakan pada Arduino memiliki 1 saluran analog-todigital converter (ADC). ADC tersebut memiliki 10 bit resolusi dari 0 ke Sedangkan fungsi utama dari pin analog pada Arduino adalah untuk membaca sensor analog. pin analog juga memiliki semua fungsi General Purposes input / output (GPIO) pin (sama dengan pin digital 0-13). 2. Pemetaan Pin Pin analog dapat digunakan sama seperti pin digital, menggunakan penamaan A0 (untuk input analog 0), A1, dll Sebagai contoh, kode berikut digunakan untuk mengatur 0 pin analog ke output, dan mengaturnya berlogika High : pinmode(a0, OUTPUT ); digital Write(A0, HIGH); 3. Pull up Resistor Pin yang analog juga memiliki resistor pullup, yang bekerja sama seperti resistor pullup pada pin digital. Mereka diaktifkan dengan mengeluarkan perintah seperti dibawah ini :

8 12 digital Write(A0, HIGH); // set pullup on analog pin 0 namun harus disadari bahwa mengatur Resistor pull-up akan mempengaruhi nilai yang akan diambil oleh analogread (). Hal tersebut dikarenakan Perintah analogread tidak akan bekerja dengan benar jika pin sebelumnya di gunakan sebagai output, akan tetapi apabila hal ini terjadi maka pin tersebut harus di atur kembali menjadi masukan sebelum menggunakan perintah analogread. Hal yang sama pula harus diterapkan jika pin telah diatur untuk menjadi logika High sebagai output, resistor pullup harus diatur ketika beralih kembali ke input PWM ( Pulse Width Modulator ) Pulse Width Modulation, atau PWM, adalah teknik untuk mendapatkan hasil yang analog dengan teknik digital. Digital kontrol digunakan untuk membuat gelombang persegi, dan kemudian sinyal diatur sehingga beralih antara hidup dan mati secara cepat. Pola on-off ini dapat mensimulasikan tegangan Hidup (3.3 Volt) dan off (0 Volt) dengan mengubah sebagian waktu sinyal Hidup dengan waktu pada sinyal mati. Lamanya on time disebut lebar pulsa. Untuk mendapatkan berbagai nilai analog, pengguna akan mengubah, atau memodulasi lebar pulsa. Jika pengguna mengulangi pola on-off ini dengan cukup cepat dan menggunakan LED misalnya sebagai output, maka hasilnya adalah pengendalian kecerahan LED. Dalam grafik di bawah, garis-garis hijau merupakan periode waktu yang teratur. Ini adalah durasi atau periode yang merupakan kebalikan dari frekuensi PWM. Dengan kata lain, dengan frekuensi PWM Arduino di sekitar 500Hz, garis hijau hanya akan teratur selama 2 milidetik saja. Fungsi untuk analogwrite () memiliki nilai skala dari Ketika analogwrite memiliki (255) maka siklus akan 100% (selalu high), dan analogwrite (127) adalah siklus kerja 50% (High pada separuh waktu dan low pada separuh waktu) Memory Ada tiga jenis memori dalam microcontroller yang digunakan yaitu :

9 13 1. RAM untuk Menyimpan Instruksi (64KB). 2. RAM untuk menyimpan data (96KB). 3. Ekternal QSPI Flash untuk menimpan listing Program (4MB) Teknik memprogram Microcontroller Wemos Berikut adalah konsep dalam memprogram modul Microcontroller Wemos : Variabel Variabel adalah tempat untuk menyimpan data. Variabel memiliki nama, nilai, dan tipe. Sebagai contoh, pernyataan ini (disebut deklarasi). Perintah ini menciptakan variabel yang namanya pin, yang nilainya adalah 13, dan bertipe int. apabila user membutuhkan variable ini, maka akan dapat menunjuk ke variabel ini dengan memanggil namanya. pada saat itu variable ini nilainya akan dicari dan digunakan. seperti dalam pernyataan ini: pinmode(pin, OUTPUT ); Nilai dari pin (13) ini akan diteruskan ke perintah pinmode (). Dalam hal ini, sebenarnya user tidak perlu menggunakan variabel, pernyataan ini akan bekerja dengan baik sama seperti : pinmode(13, OUTPUT ); Keuntungan dari penggunaan variabel dalam hal ini adalah bahwa user hanya perlu menentukan jumlah pin yang digunakan sekali, akan tetapi user dapat menggunakannya berkali-kali. sehingga jika user kemudian memutuskan untuk mengubah penggunaan dari pin 13 menjadi pin 12, user hanya perlu mengubah sedikit kode. user juga dapat menggunakan nama pengenal untuk membuat pentingnya variabel yang jelas (misalnya program mengendalikan LED RGB memungkinkan penamaan variabel redpin, greenpin, dan bluepin. Sebuah variabel memiliki kelebihan lain atas nilai seperti mengubah nilai dari variabel menggunakan perintah Sebagai contoh:

10 14 Perintah ini akan mengubah nilai dari variabel menjadi 12. Perhatikan bahwa user tidak menentukan jenis variable, hal tersebut tidak diubah oleh perintah tersebut. Artinya, nama variabel secara permanen diasosiasikan dengan jenis, user hanya melakukan perubahan nilainya. user harus mendeklarasikan variabel sebelum user memberikan nilai untuk itu. Jika tidak maka pesan error ini akan muncul "error: pin was not declared in this scope". Bila user menetapkan satu variabel yang lain, user membuat salinan nilai variable tersebut dan menyimpan salinannya pada lokasi di memori yang terkait dengan variabel lain. Mengubah satu tidak berpengaruh pada yang lain. Misalnya, setelah: int pin = 13; int PIN2 = pin; pin = 12; hanya variable pin yang memiliki nilai 12, sedangkan untuk variable PIN2 memiliki nilai 13. Hal ini mengacu pada bagian dari listing program user di mana variabel tersebut digunakan. Sebagai contoh, jika user ingin dapat menggunakan variabel mana saja dalam programnya, maka user dapat menyatakan di bagian atas listing programnya. Ini disebut variabel global, berikut adalah contohnya: int pin = 13; void Setup () { pinmode(pin, OUTPUT ); } void Loop () { digital Write(pin, HIGH); }

11 15 Seperti yang terlihat, pin yang digunakan di kedua Setup () dan Loop () fungsi. Kedua fungsi mengacu pada variabel yang sama, sehingga perubahan itu satu akan mempengaruhi nilai yang telah di yang lain, seperti di bawah ini : int pin = 13; void Setup () { pin = 12; pinmode(pin, OUTPUT ); } void Loop () { digital Write(pin, HIGH); } Di sini, digital Write () fungsi yang dipanggil dari Loop () akan melewati nilai 12, karena itu nilai yang ditugaskan ke variabel di Setup () fungsi. Jika user hanya perlu menggunakan variabel dalam sebuah perintah tunggal, user dapat menyatakan variable tersebut di Setup (), sehingga ruang lingkup variable tersebut akan terbatas pada perintah tersebut. Sebagai contoh : void Setup () { int pin = 13; pinmode(pin, OUTPUT ); digital Write(pin, HIGH); } Dalam perintah ini, pin variabel hanya dapat digunakan dalam Setup () fungsi. Jika user mencoba untuk melakukan sesuatu seperti ini: void Loop ()

12 16 { } digital Write(pin, LOW); // wrong: pin is not in scope here. User akan mendapatkan pesan yang sama seperti sebelumnya"error: pin was not declared in this scope". Hal ini berarti meskipun user telah menyatakan variable pin dalam program, user mencoba untuk menggunakan suatu variabel di luar jangkauannya. Hal ini berarti jika sebuah variabel bersifat global, nilainya bisa diubah di mana saja di dalam listing program tersebut, sehingga user perlu memahami keseluruhan program untuk mengetahui apa yang akan terjadi pada variabel. Misalnya, jika variabel user memiliki nilai yang tidak Anda harapkan, akan lebih mudah untuk mencari tahu di mana nilai tersebut berasal dari jika variabel memiliki ruang lingkup terbatas Fungsi-Fungsi Segmentasi program ke fungsi memungkinkan programmer untuk membuat potongan-potongan program yang melakukan tugas yang telah didefinisikan sebelumnya dan kemudian kembali ke awal program dimana fungsi itu dipanggil. Menciptakan sebuah fungsi sangat berguna ketika salah satu kebutuhan untuk melakukan tindakan yang sama beberapa kali dalam sebuah program. Untuk programer yang terbiasa menggunakan BASIC, fungsi dalam Arduino memberikan (dan memperluas) kegunaan menggunakan subrutin (gosub dalam BASIC). Menstandarisasikan program ke fungsi memiliki beberapa keuntungan yaitu membantu programmer tetap terorganisir yang seringkali hal ini membantu pada awal konsep program. Fungsi juga mengelompokan satu tindakan dalam satu tempat sehingga fungsi hanya harus dipikirkan dan debugged sekali. Hal ini juga mengurangi kemungkinan untuk kesalahan dalam modifikasi, jika ada listing program yang perlu diubah. Fungsi juga membuat sketsa keseluruhan menjadi lebih kecil dan lebih kompak karena hanya bagian kode tertentu saja yang digunakan kembali berkali-kali. Fungsi membuat lebih mudah untuk menggunakan kembali kode dalam program lain dengan membuatnya lebih

13 17 modular, dan sebagai efek sampingnya, menggunakan fungsi juga sering membuat program lebih mudah dibaca. Ada dua fungsi yang diperlukan dalam sketsa Arduino, Setup () dan Loop (). Fungsi lainnya harus dibuat di luar kurung dari dua fungsi. Sebagai contoh, dibawah ini adalah fungsi sederhana untuk mengalikan dua angka. void Setup (){ Serial.begin(9600); } void Loop () { int i = 2; int j = 3; int k; k = mymultiplyfunction(i, j); // k now contains 6 Serial.println(k); delay(500); } int mymultiplyfunction(int x, int y){ int result; result = x * y; return result; } Library-Library Sebuah Kelas hanyalah sebuah kumpulan fungsi dan variabel yang semua berada di satu tempat. Fungsi-fungsi dan variabel dapat bersifat publik, yang berarti bahwa mereka dapat diakses oleh orang yang menggunakan Library user, atau Private yang berarti mereka hanya dapat diakses dari dalam kelas itu sendiri. Setiap kelas memiliki fungsi khusus yang dikenal sebagai konstruktor, yang digunakan untuk membuat sebuah instance dari kelas. Konstruktor ini memiliki nama yang sama dengan kelas, dan tidak ada jenis kembali.

14 18 Library menyediakan fungsionalitas tambahan untuk digunakan dalam sketch, misalnya menggunakan perangkat keras atau memanipulasi data. Untuk menggunakan perpustakaan di sketch, pilih Sketch> Impor Library Menu. Hal ini akan memasukkan satu atau lebih pernyataan # include di bagian atas sketch dan akan mengcompile sketch user dengan Library. Karena Library masuk ke sketch user hal ini menyebabkan peningkatan jumlah Memory yang diperlukan untuk sketch ini. Jika sketch tidak lagi membutuhkan Library, cukup hapus pernyataannya # include dari atas sketch. Ada banyak Library yang sudah ada di dalam perangkat lunak arduino, Dan beberapa dapat didownload dari berbagai sumber. Library dapat ditemukan dalam folder khusus, dan biasanya akan berisi sedikitnya dua file dengan akhiran h Dan satu dengan akhiran cpp. 2.2 LM 35 Temperatur Sensor Sensor suhu LM35 adalah sebuah perangkat pengukur suhu yang sangat presisi dengan output tegangan keluar linier dengan kenaikan temperature. Sensor ini tidak memerlukan alat untuk kalibrasi tambahan untuk dapat menyediakan pengukuran yang sangat akurat dari suhu -55 o C sampai suhu 150 o C. harga perangkat yang murah didapatkan dari kalibrasi pada level wafer silicon. Output dengan impedansi yang rendah, linier dan kalibrasi yang linier membuat LM35 sangat mudah untuk digunakan. Sensor LM35 menggunakan power supply tunggal yang bervariasi dari +4 Volt sampai +30 Volt. Sensor ini mempergunakan arus sangat rendah hanya 60 ua. Perangkat ini juga mememiliki elemen pemanas dengan daya rendah sehingga hanya akan menambah pengukuran temperature sebesar 0.1 o C.

15 19 Gambar 2.2 Sensor suhu LM35 Penginderaan temperature dilakukan oleh arsitekture segitiga VBE, dimana elemen temperature tersebut kemudian diberikan penyangga oleh sebuah amplifier sebelum pada akhirnya dikeluarkan menuju output. Amplifier tersebut merupakan sebuah amplifier kelas A yang memiliki impedansi keluaran sebesar 0.5 Ohm. Gambar 2.3 Rangkaian Sensor suhu LM35 Seperti kebanyakan rangkaian berdaya rendah, sensor LM35 ini memiliki keterbatasan untuk mengemudikan rangkaian dengan beban kapasitansi yang

16 20 besar. Untuk sekedar beban dengan nilai kapasitansi sebesar 50 pf dapat dikemudikan dengan mudah, namun untuk aplikasi dengan nilai lebih besar maka diperlukan untuk menghubungkan output dengan ground menggunakan rangkaian R-C tambahan. 2.3 Teknologi Semiconductor Transistor Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai pemutus rangkaian, penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal, dan lain-lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam keran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaturan arus listrik yang sangat akurat dari rangkaian sumber listriknya. Gambar 2.4 Transistor through-hole Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal, yaitu Basis (B), Emitor (E) dan Kolektor (C). Tegangan yang di satu terminalnya misalnya Emitor dapat dipakai untuk mengatur arus dan tegangan yang lebih besar daripada arus input Basis, yaitu pada keluaran tegangan dan arus output Kolektor. Transistor merupakan komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik modern. Dalam rangkaian analog, transistor digunakan dalam amplifier (penguat). Rangkaian analog melingkupi pengeras suara, Penstabil sumber listrik (stabilisator), dan penguat sinyal radio. Dalam rangkaian-rangkaian digital, transistor digunakan sebagai saklar berkecepatan tinggi. Beberapa transistor juga

17 21 dapat dirangkai sedemikian rupa sehingga berfungsi sebagai logic gate, memori, dan fungsi rangkaian-rangkaian lainnya. Gambar 2.5 Contoh Rangkaian Penguat transistor Cara kerja transistor Silikon murni adalah sebuah material dengan karakteristik material isolator alami. namun jika pada silicon sedikit material pencemar ditambahkan seperti Arsenik, dengan sebuah proses yang dinamakan doping dalam jumlah yang cukup kecil sehingga tidak mengacaukan tata letak kristal silikon, maka Arsenik akan memberikan elektron bebas dan hasilnya memungkinkan terjadinya konduksi arus listrik. Hal Ini terjadi karena Arsenik memiliki 5 atom di orbit terluarnya, sedangkan Silikon hanya 4 atom. Konduksi terjadi karena pembawa muatan bebas telah ditambahkan (oleh kelebihan elektron dari Arsenik). Dalam kasus ini, sebuah Silikon tipe-n (n untuk negatif, karena pembawa muatannya adalah elektron yang bermuatan negatif) telah terbentuk. Selain itu, silikon dapat dicampur dengan Boron untuk membuat semikonduktor tipe-p. Karena Boron hanya memiliki 3 elektron di orbit paling luarnya, pembawa muatan yang baru, dinamakan "lubang" (hole, pembawa muatan positif), akan terbentuk di dalam tata letak kristal silikon. Dalam tabung hampa, pembawa muatan (elektron) akan dipancarkan oleh emisi thermionic dari sebuah katode yang dipanaskan oleh kawat filamen. Karena itu, tabung hampa tidak bisa membuat pembawa muatan positif (hole).

18 22 Telah diketahui bahwa pembawa muatan yang bermuatan sama akan saling tolak menolak, sehingga tanpa adanya gaya yang lain, pembawa-pembawa muatan ini akan terdistribusi secara merata di dalam materi semikonduktor. Namun di dalam sebuah transistor bipolar (atau diode junction) dimana sebuah semikonduktor tipe-p dan sebuah semikonduktor tipe-n dibuat dalam satu keping silikon, pembawa-pembawa muatan ini cenderung berpindah ke arah sambungan P-N tersebut (perbatasan antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n), karena tertarik oleh muatan yang berlawanan dari seberangnya. Kenaikan dari jumlah pencemar (doping level) akan meningkatkan konduktivitas dari materi semikonduktor, asalkan tata-letak kristal silikon tetap dipertahankan. Dalam sebuah transistor bipolar, daerah terminal emiter memiliki jumlah doping yang lebih besar dibandingkan dengan terminal basis. Rasio perbandingan antara doping emiter dan basis adalah satu dari banyak faktor yang menentukan sifat penguatan arus (current gain) dari transistor tersebut. Jumlah doping yang diperlukan oleh sebuah semikonduktor adalah sangat kecil, dalam ukuran satu berbanding seratus juta, dan ini menjadi kunci dalam keberhasilan semikonduktor. Dalam sebuah material metal, populasi pembawa muatan sangat tinggi, yaitu satu pembawa muatan untuk setiap atom. Dalam metal untuk mengubahnya menjadi isolator, pembawa muatan harus disapu dengan memasang suatu beda tegangan. Dalam metal, tegangan ini sangat tinggi, jauh lebih tinggi dari yang mampu menghancurkannya. Namun, dalam sebuah semikonduktor hanya ada satu pembawa muatan dalam beberapa juta atom. Jumlah tegangan yang diperlukan untuk menyapu pembawa muatan dalam sejumlah besar semikonduktor dapat dicapai dengan mudah. Dengan kata lain, listrik di dalam metal adalah inkompresible (tidak bisa dimampatkan), seperti fluida. Sedangkan dalam semikonduktor, listrik bersifat seperti gas yang bisa dimampatkan. Semikonduktor dengan doping dapat diubah menjadi isolator, sedangkan metal tidak. Gambaran di atas menjelaskan konduksi disebabkan oleh pembawa muatan, yaitu elektron atau lubang, namun pada dasarnya transistor bipolar adalah pergerakan dari pembawa muatan tersebut untuk menyebrangi daerah depletion zone. Depletion zone ini terbentuk karena transistor tersebut diberikan tegangan

19 23 bias terbalik, oleh tegangan yang diberikan di antara basis dan emiter. Walau transistor terlihat seperti dibentuk oleh dua diode yang disambungkan, namun sebuah transistor sendiri tidak bisa dibuat dengan menyambungkan dua diode. Untuk membuat transistor, bagian-bagiannya harus dibuat dari sepotong kristal silikon, dengan sebuah daerah basis yang sangat tipis. Tabel 2.1 Semiconductor material characteristics Semiconductor material Junction forward voltage 25 C Electron mobility m 2 /(V 25 C Hole mobility m 2 /(V 25 C Max. junction temp. C Ge to 100 Si to 200 GaAs to 200 Al-Si junction to Transistor sebagai Sakelar Transistor biasanya digunakan sebagai sakelar elektronik, baik untuk kegunaan pada daya besar seperti sakelar pada power supply, maupun digunakan pada daya rendah seperti gerbang logika. Ketika tegangan pada terminal kolektor memiliki beda potensial dengan tegangan pada catu daya yang diakibatkan oleh adanya tahanan beban, maka arus akan mengalir dari catu daya rangkaian menuju terminal kolektor dari transistor. Namun setelah beberapa saat ketika arus sudah mengisi terminal kolektor dan beda potensial antara tegangan pada terminal kolektor dengan tegangan pada catu daya semakin tipis akibat adanya arus yang mengalir maka pada suatu saat arus akan berhenti mengalir dikarenakan sudah tidak ada lagi beda potensial lagi antara

20 24 tegangan catu daya dengan tegangan pada kaki kolektor, pada saat ini transistor dikatakan berada didalam kondisi saturasi atau jenuh. Namun ketika tegangan pada terminal basis diterapkan oleh dan arus mengalir melalui kaki basis, maka arus pada terminal kolektor akan mengalir menuju emitor. Pada kondisi ini transistor dinamakan cut off, arus akan terus mengalir sampai pada suatu ketika dimana tegangan pada terminal basis tidak ada lagi sehingga arus tidak ada yang mengalir melalui basis dan menyebabkan arus pada terminal kolektor pun tidak lagi mengalir [4]. Gambar 2.6 Contoh Rangkaian transistor sebagai sakelar 2.4 Teknologi Thermo Electric Colling (Peltier) Thermo electric colling atau yang sering dikenal dengan nama popular peltier, adalah sebuah perangkat yang menggunakan efek peltier untuk menghasilkan keadaan panas maupun dingin yang dapat digunakan oleh perangkat lainnya. Sebuah Thermo electric colling adalah sebuah perangkat solid state aktif yang dapat memindahkan panas dari satu sisi perangkat ke sisi perangkat lainnya dengan menggunakan energi listrik. Dengan melihat arah arus listriknya sebuah perangkat dapat dinamakan sebuah perangkat peltier, pompa panas peltier, maupun pendingin solid state. Perangkat-perangkat tersebut dapat digunakan untuk aplikasi pemanasan atau pendinginan, meskipun sering kali aplikasi tersebut digunakan untuk pendinginan. Perangkat tersebut juga dapat digunakan untuk control temperature dingin maupun panas.

21 25 Gambar 2.7 Peltier Teknologi ini jarang sekali digunakan untuk lemari pendingin bila dibandingkan dengan teknologi lemari pendingin yang menggunakan tekanan dan penguapan. Namun kelebihan utama dari pendingin peltier bila dibandingkn dengan teknologi tekanan dan penguapan tersebut adalaha tidak adanya bagian yang bergerak atau cairan yang berputar, sehingga memiliki masa hidup yang panjang, kuat terhadap kebocoran, memiliki ukuran yang kecil, dan bentuk yang mudah di sesuaikan. Namun kekurangannya adalah biaya yang besar dan efisiensi daya yang rendah, namun kini banyak peneliti dan perusahaan yang berusaha untuk mengembangkan pendingin peltier yang murah dan efisien. Pendingin peltier dapat juga digunakan sebagai pembangkit listrik thermo electric. Ketika di operasikan sebagai pendingin, sebuah beda potensial diterapkan pada perangkat ini, dan hasilnya adalah perbedaan pada temperature pada kedua sisi.namun ketika di jalankan sebagai pembangkit listrik, satu sisi dari perangkat di panaskan sehingga suhunya lebih tinggi dari sisi yang lain, sehingga hasilnya adalah perbedaan beda potensial antara dua buah sisi.

22 Prinsip kerja Perangkat ini memiliki dua sisi, dan ketika arus DC mengalir melalui perangkat, ia membawa panas dari satu sisi ke sisi lain, sehingga satu sisi mendapat dingin sementara yang lain akan lebih panas. Sisi panas akan ditempel dengan heatsink sehingga tetap pada suhu kamar, sedangkan sisi dingin berjalan di bawah suhu kamar. Dalam beberapa aplikasi beberapa pendingin dapat mengalir bersama-sama untuk suhu yang lebih rendah. Ketika perangkat ini di terapkan beda potensial maka prinsip kerja perangkat ini menggunakan peltier effect, namun apabila perangkat tersebut satu sisinya dipanaskan dengan menggunakan energi dari luar dan sisi lainnya dingin atau mengikuti suhu ruangan maka perangkat tersebut berkerja dengan menggunakan prinsip Seebeck effect dan menghasilkan listrik. Efek Peltier adalah sebuah fenomena fisika dimana adanya pemanasan atau pendinginan suatu conductor akan berakibat adanya listik pada sambungan dari dua buah konduktor yang berbeda. Hal ini karena logam menanggapi perbedaan suhu dengan cara yang berbeda, sehingga menciptakan loop arus dan medan magnet Konstruksi Peltier Dua semikonduktor yang unik, salah satu tipe-n dan satu tipe-p, digunakan karena mereka harus memiliki kerapatan elektron yang berbeda. Semikonduktor ditempatkan secara paralel satu sama lain dan kemudian digabung dengan piringan termal di setiap sisi. Ketika tegangan diterapkan ke ujung dari dua semikonduktor maka akan ada aliran arus DC di persimpangan semikonduktor menyebabkan perbedaan suhu. Sisi dengan pelat pendingin menyerap panas yang kemudian pindah ke sisi lain dari perangkat dimana heat sink telah terpasang.

23 27 Gambar 2.8 konstruksi peltier dingin-panas TECs biasanya dihubungkan berdampingan dan berada di tengah-tengah antara dua piring keramik. Kemampuan pendinginan unit sebanding dengan jumlah TECs di dalamnya. Gambar 2.9 Konstruksi Peltier 2.5 IoT (Internet of Things) Internet hal (IOT) adalah kumpulan dari perangkat fisik, kendaraan, bangunan dan barang-barang- elektronik, perangkat lunak, sensor, aktuator, dan jaringan penghubung yang memungkinkan benda-benda untuk saling melakukan pertukaran data. Dalam 2013 Standar Internet of Things (IOT-GSI) mendefinisikan IOT sebagai "infrastruktur masyarakat informasi ". IOT memungkinkan objek yang akan dirasakan dan dikendalikan dari jarak jauh di dalam seluruh infrastruktur jaringan yang ada. Menciptakan peluang baru untuk integrasi secara langsung dari dunia fisik ke dalam sistem berbasis komputer, dan

24 28 menghasilkan peningkatan efisiensi, akurasi dan manfaat ekonomi terhadap sebuah sistem. Para ahli memperkirakan bahwa IOT akan terdiri dari hampir 50 miliar benda Gambar 2.10 Aplikasi-aplikasi IoT Sensor IoT dan aplikasi "Things" dalam arti IOT, dapat merujuk ke berbagai perangkat aplikasi hardware seperti pemantau implan jantung, biochip transponder pada hewan ternak, mobil dengan built-in sensor, perangkat analisis DNA untuk lingkungan / makanan / patogen pemantauan atau perangkat operasi lapangan yang membantu petugas pemadam kebakaran dalam operasi pencarian dan penyelamatan. Sistem IoT mengumpulkan data yang berguna dengan bantuan dari berbagai teknologi yang sebagai contoh adalah sistem cerdas termostat dan mesin cuci / pengering yang menggunakan Wi-Fi untuk pemantauan jarak jauh. IoT juga diharapkan dapat menghasilkan sejumlah besar data dari berbagai lokasi, sehingga agregasi data menjadi lebih cepat, dan peningkatan kebutuhan untuk indeks, toko, dan proses data tersebut lebih efektif. Salah satu aplikasi platform untuk IoT adalah seperti Smart City, dan Smart Sistem Manajemen Energi.

25 29 Gambar 2.11 Refrigerator LG yang berjalan pada platform IoT IoT Server & Cloud Blynk Blynk adalah IoT Cloud platform untuk aplikasi ios dan Android yang berguna untuk mengontrol Arduino, Raspberry Pi, dan board-board sejenisnya melalui Internet. Blynk adalah dashboard digital di mana Anda dapat membangun sebuah antarmuka grafis untuk alat yang telah dibuat hanya dengan menarik dan menjatuhkan sebuah widget. Blynk sangat mudah dan sederhana untuk mengatur semuanya dan hanya dalam waktu kurang dari 5 menit. Blynk tidak terikat dengan beberapa microcontroller tertentu atau shield tertentu. Sebaliknya, apakah Arduino atau Raspberry Pi melalui Wi-Fi, Ethernet atau chip ESP8266, Blynk akan membuat alat online dan siap untuk Internet Of Hal. Gambar 2.12 Aplikasi Blynk

26 Kompor Listrik Kompor listrik atau listrik adalah kompor yang mengubah energi listrik menjadi panas untuk memasak dan panggang. kompor listrik menjadi populer sebagai pengganti bahan bakar padat (kayu atau batu bara). Teknologi kompor listrik ini pertama kali digunakan menggunakan kumparan pemanas resistif yang kemudian dipanaskan di atas pelat besi. Hal ini kemudian dikembangkan menjadi sebuah tabung baja berongga spiral yang memiliki elemen pemanas di tengah. Berbeda dengan hotplate besi sebelumnya spiral baja dipanaskan sampai panas berwarna merah sehingga menghasilkan panas dari pelat besi biasa. Gambar 2.13 Kompor listrik Cooktop Pada 1970-an, cooktops elemen kaca-keramik mulai muncul. Namun kacakeramik memiliki konduktivitas termal yang sangat rendah, koefisien ekspansi termal praktis nol, tetapi memungkinkan radiasi inframerah keluar dengan sangat baik. kumparan pemanas listrik atau lampu halogen inframerah digunakan sebagai elemen pemanas. Karena karakteristik fisik, kompor panas dapat lebih cepat, dan sisa pemanasan hanya piringan pemanas yang panas sedangkan permukaan yang berdekatan tetap dingin. cooktops ini memiliki permukaan halus dan dengan demikian lebih mudah untuk membersihkan, tetapi memiliki harga yang lebih mahal. Sebuah teknologi baru dikembangkan yaitu teknologi induksi. Teknologi ini menggunakan peralatan masak feromagnetik yang hanya dipanaskan langsung melalui induksi elektromagnetik. Perkembangan terakhir telah memungkinkan

27 31 peralatan masak non ferrous untuk bekerja juga, tapi tidak seefisien besi. Kompor induksi juga memiliki permukaan kaca-keramik halus. Gambar 2.14 Kompor listrik Cooktop Perbedaan teknologi antar kompor listrik digital dengan kompor listrik analog adalah pada teknologi pengaturan panasnya. Teknologi analog kompor listrik dikendalikan oleh saklar putar dengan jumlah terbatas posisi (misalnya enam posisi) yang masing-masing bergerak berdasarkan kombinasi yang berbeda dari resistansi yang diberikan sehingga kekuatan pemanasan juga berbeda. namun pada kompor listrik digital pengaturan tersebut di kendalikan berdasarkan lebar pulsa listrik dari sebuah microcontroller yang ada.