BAB II LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Rapsberry Pi Rapsberry pi sering juga disingkat dengan nama Raspi, adalah komputer papan tunggal (Single Board Circuit /SBC)yang memiliki ukuran sebesar kartu kredit. Raspberry Pi bisa digunakan untuk berbagai keperluan, seperti spreadsheet, game, bahkan bisa digunakan sebagai media player karena kemampuannya dalam memutar video high definition. Raspberry Pi dikembangkan oleh yayasan nirlaba, Rasberry Pi Foundation yang digawangi sejumlah developer dan ahli komputer dari Universitas Cambridge, Inggris. Raspberry Pi memiliki dua model yaitu model A dan model B. Secara umum Raspberry Pi Model B, 512MB RAM. Perbedaan model A dan B terletak pada memory yang digunakan, Model A menggunakan memory 256 MB dan model B 512 MB. Selain itu model B juga sudah dilengkapai dengan ethernet port (kartu jaringan) yang tidak terdapat di model A. Desain Raspberry Pi didasarkan seputar SoC (System-on-a-chip) Broadcom BCM2835, yang telah menanamkan prosesor ARM1176JZF-S dengan 700 MHz, VideoCore IV GPU, dan 256 Megabyte RAM (model B). Penyimpanan data didisain tidak untuk menggunakan hard disk atau solid-state drive, melainkan mengandalkan kartu SD (SD memory card) untuk booting dan penyimpanan jangka panjang. Raspberry Pi merupakan komputer mini yang sangat murah, harganya hanya 25 dollar AS untuk Model A adapun 35 dollar AS utuk Model B per unit. 4

2 Gambar 2.1 Rapsberry Pi Spesifikasi Raspberry Tabel 2.1 Spesifikasi Raspberry Chip Broadcom BCM2835 (CPU, GPU, DSP, and SDRAM). CPU GPU 700 MHz ARM1176JZF-S core (ARM6 family). Broadcom VideoCore IV, OpenGL ES 2.0, 1080p30 h.264/mpeg-4 AVC high-profile decoder Memory (SDRAM) USB 2.0 ports Video outputs 512 MB (shared with GPU). 2 (via integrated USB hub). Composite RCA (PAL & NTSC), HDMI (rev 1.3 & 1.4), raw LCD Panels via DSI 14 HDMI resolutions from * to plus various PAL and NTSC standards. 5

3 Audio outputs Onboard storage Onboard network Low-level peripherals 3.5 mm jack, HDMI SD / MMC / SDIO card slot 10/100 Ethernet (RJ45). 8 GPIO, UART, I²C bus, SPI bus with two chip selects, +3.3 V, +5 V, ground[58][63]. Power source Power ratings Size Weight Operating systems 700 ma (3.5 W). 5 volt via MicroUSB or GPIO header mm ( in). 45 g (1.6 oz). Debian GNU/Linux, Fedora, Arch Linux ARM, RISC OS Arsitektur Raspberry Raspberry Pi menggunakan system operasi berbasis kernel Linux. Raspbian merupakan system operasi Debian yang dapat dioptimalkan untuk perangkat keras, yang dilengkapi dengan lebih paket precompiled Raspberry Pi. : 6

4 Gambar 2.2 Arsitektur Raspberry GPU hardware diakses melalui firmware yang di-load ke GPU saat boot dari SD-Card. Gambar firmware dikenal dengan computer biner, sementara driver linux yang terkait adalah sumber tertutup. Aplikasi perangkat lunak menggunakan panggilan ke sumber tertutup run-time library yang pada giliranya menjadi open source driver dalam. API driver kernel spesifik untuk perpustakaan tersebut bersifat tertutup. Apliaski video menggunakan OpenMAX, aplikasi 3D menggunakan OpenGL ES dan 2D menggunakan OpenVG yang pada nantinya menggunakan EGL. OpenMAX dan EGL menggunakan open source kernel driver. Pada 19 Februari 2012, yayasan Raspberry Pi merilis bukti konsep kartu SD image yang dapat di muat ke SD Card untuk menghasilkan sebuah system operasi yang pertama. Image didasarkan pada Debian 6.0 dengan LXDE desktop dan Midori browser, ditambah berbagai alat pemograman. Image tersebut berjalan pada QEMU yang memungkinkan Raspberry Pi akan ditiru platform lain. 7

5 2.1.3 Komunikasi GPIO GPIO merupakan sederet pin yang terdiri dari 40 pin dengan berbagai fungsi diantaranya: Gambar 2.3 Konfigurasi pin Raspberry a) Sumber tegangan: 3.3V, 5V dan 0V. b) Gneral purpose digital inputs/outputs 8 pin. c) I2C -2 pin Digunakan ke berbagai antar muka I2C diantaranya: Digital to analogue converter Analogue to digital converter Oscillator Output expander 8

6 Input expander d) SPI 5 pin Digunakan untuk antar muka IC Flash memory Output expander Input expander Digital to analogue converter Analogue to digital converter Oscillator e) UART 2 pin Digunakan untuk serial input dan output komunikasi untuk peripheral external seperti RS232 atau Modbus. f) Tidak digunakan 6 pin Jangan pernah menghubungkan apa-apa ke pin yang ditandai tidak digunakan. Pin tersebut disediakan untuk fungsi internal BCM2836 hardware. Apabila menghubungkan apapun ke pin ini dapat mengakibatkan kerusakan pada raspberry pi. Dengan batas arus maksimum < 100 ma di pin 5V dan dan batas arus maksimum < 50 ma di pin 3.3V, pada setiap pin digital baik input/output meiliki logika high 3.3V dan logika low 0V. apabila tegangan melebihi 3.3V pada setiap pin manapun dapat mengakibatkan kerusakan. Kerusakan pada raspberry dapat disebabkan oleh beberapa indicator diantaranya adalah 9

7 terhubungnya pasokan tegangan 5V ke pin apapun, terjadingan konsleting pasokan tegangan 3.3V atau 5V ke setiap pin lain, perangkat lain seperti arduino (5V) terhubung dengan raspberry pi (3.3V). Pada setiap pin digital dapat di set input maupun output, pada saat pin tersebut dikonfigurasi sebagai output maka akn mengeluarkan tegangan 3.3V sebagai high yang dapat memerintahkan ke sebuah perangkat untuk menyala sebagai contoh perangakat LED. 2.2 Thermocuple Amplifier Raspberry dengan segala kelebihannya namun masih memiliki kekurangan diantaranya tidak bisa langsung membaca sensor analog di GPIO pin nya. Oleh karena itu diperlukannya sebuah analog to digital converter untuk membaca sensor-sensor yang kebanyakan menghasilkan data berupa analog. Khusus untuk thermocouple dimana voltase yang dikeluarkan sangatlah kecil maka diperlukan penguatan untuk mencapai tegangan yang dapat terbaca oleh pin GPIO dari raspberry tersebut,dimana tegangan yang aman adalah diantara 3,3 sampai 5VDC. Berikut adalah contoh thermocouple amplifier yang juga sekaligus sebagai ADC (analog to digital converter). 10

8 2.2.1 MAX31855 Thermocouple Amplifier Gambar 2.4 MAX31855 Thermocouple Amplifier MAX31855 thermocouple amplifier adalah sebuah shield yang di gunakan untuk membaca data suhu pada termocouple type k, shield ini sebenarnya bisa di gunakan pada raspberry maupun arduino. Brackout board pada max31855 ini menggunakan SPI (serial peripheral interface) sebagai interfacingnya. Untuk menghubungkan shield ini ke raspberry di butuhkan sebuah kabel yang di sebut quick2wire interface board. Max31855 ini memiliki 6 alur untuk konektornya sebesar 0.1 inch, konektor ini di butuhkan untuk pemasangan quick2wire interface board. Untuk pemasangan detailnya seperti gambar di bawah ini. Gambar 2.5 MAX31855 connection 11

9 2.2.2 Part List Part part yang di butuhkan untuk perakitan raspberry sebagai data logger temperatur menggunakan thermocouple ini adalah: MAX31885 Thermocouple Amplifier breakout board K-Thermocouple (up to 500 C) Breakout board cable Quick2Wire Interface board 2.3 Phyton Python adalah salah satu bahasa pemrograman terkenal di dunia bahasa pemrogramman yang dinamis, termasuk di favoritkan oleh programmer programmer kelas dunia. Dengan dasar gratis (open source), hal tersebut mulaidigunakan di dunia industri di uji oleh orang orang yang memfokuskan waktunya pada pengembangan bahasa ini serta pengaplikasiannya. ( Gambar 2.6. Contoh Program Python 12

10 2.4 Thermocuple Pada tahun 1822, Seebeck melakukan percobaan dengan menghubungkan plat bismut diantara kawat-kawat tembaga. Hubungan tersebut diberi suhu yang berbeda. Ternyata pada rangkaian tersebut akan mucul arus listrik. Muculnya arus listrik mengindikasikan adanya beda potensial antara ujung-ujung kedua sambungan. Dari percobaan Seebeck tersebut dapat diambil kesimpulan bahwa adanya perbedaan suhu antara kedua sambungan logam tersebut akan menyebabkan munculnya gaya gerak listrik antara ujung-ujung sambungan. Gaya gerak listrik yang muncul ini disebut dengan gaya listrik termo dan sumbernya disebut termokopel. Termokopel merupakan sambungan (junction) dua jenis logam atau campuran yang salah satu sambungan logam tadi diberi perlakuan suhu yang berbeda dengan sambungan lainnya. Sambungan logam pada termokopel terdiri dari dua sambungan, yaitu : Reference junction ( cold junction ), merupakan sambungan acuan yang suhunya dijaga konstan dan biasanya diberi suhu yang dingin. Measuring junction ( hot junction ), merupakan sambungan yang dipakai untuk mengukur suhu. Pada dunia elektronika, termokopel adalah sensor suhu yang banyak digunakan untuk mengubah perbedaan suhu dalam benda menjadi perubahan tegangan listrik (voltase). Termokopel yang sederhana dapat dipasang, dan memiliki jenis konektor standar yang sama, serta dapat mengukur temperatur dalam jangkauan suhu yang cukup besar dengan batas kesalahan pengukuran kurang dari 1 C. Pada banyak aplikasi, salah satu sambungan (sambungan yang dingin) dijaga sebagai temperatur referensi, sedang yang lain dihubungkan pada objek pengukuran. contoh, pada gambar di atas, hubungan 13

11 dingin akan ditempatkan pada tembaga pada papan sirkuit. Sensor suhu yang lain akan mengukur suhu pada titik ini, sehingga suhu pada ujung benda yang diperiksa dapat dihitung. Termokopel dapat dihubungkan secara seri satu sama lain untuk membuat termopile, dimana tiap sambungan yang panas diarahkan ke suhu yang lebih tinggi dan semua sambungan dingin ke suhu yang lebih rendah. Dengan begitu, tegangan pada setiap termokopel menjadi naik, yang memungkinkan untuk digunakan pada tegangan yang lebih tinggi. Dengan adanya suhu tetapan pada sambungan dingin, yang berguna untuk pengukuran di laboratorium, secara sederhana termokopel tidak mudah dipakai untuk kebanyakan indikasi sambungan lansung dan instrumen kontrol. Mereka menambahkan sambungan dingin tiruan ke sirkuit mereka yaitu peralatan lain yang sensitif terhadap suhu (seperti termistor atau dioda) untuk mengukur suhu sambungan input pada peralatan, dengan tujuan khusus untuk mengurangi gradiasi suhu di antara ujung-ujungnya. Di sini, tegangan yang berasal dari hubungan dingin yang diketahui dapat disimulasikan, dan koreksi yang baik dapat diaplikasikan. Hal ini dikenal dengan kompensasi hubungan dingin. Biasanya termokopel dihubungkan dengan alat indikasi oleh kawat yang disebut kabel ekstensi atau kompensasi. Tujuannya sudah jelas. Kabel ekstensi menggunakan kawat-kawat dengan jumlah yang sama dengan kondoktur yang dipakai pada Termokopel itu sendiri. Kabel-kabel ini lebih murah daripada kabel termokopel, walaupun tidak terlalu murah, dan biasanya diproduksi pada bentuk yang tepat untuk pengangkutan jarak jauh - umumnya sebagai kawat tertutup fleksibel atau kabel multi inti. Kabel-kabel ini biasanya memiliki spesifikasi untuk rentang suhu yang lebih besar dari kabel termokopel. Kabel ini direkomendasikan untuk keakuratan tinggi. Kabel kompensasi pada sisi lain, kurang presisi, tetapi murah. Mereka memakai perbedaan kecil, biasanya campuran material konduktor yang murah yang memiliki koefisien termoelektrik yang sama dengan termokopel (bekerja pada rentang suhu terbatas), dengan hasil yang tidak seakurat kabel 14

12 ekstensi. Kombinasi ini menghasilkan output yang mirip dengan termokopel, tetapi operasi rentang suhu pada kabel kompensasi dibatasi untuk menjaga agar kesalahan yang diperoleh kecil. Kabel ekstensi atau kompensasi harus dipilih sesuai kebutuhan termokopel. Pemilihan ini menghasilkan tegangan yang proporsional terhadap beda suhu antara sambungan panas dan dingin, dan kutub harus dihubungkan dengan benar sehingga tegangan tambahan ditambahkan pada tegangan termokopel, menggantikan perbedaan suhu antara sambungan panas dan dingin Hubungan Tegangan dan Suhu Hubungan antara perbedaan suhu dengan tegangan yang dihasilkan termokopel bukan merupakan fungsi linier melainkan fungsi interpolasi polynomial. Koefisien an memiliki n antara 5 dan 9. Agar diperoleh hasil pengukuran yang akurat, persamaan biasanya diimplementasikan pada kontroler digital atau disimpan dalam sebuah tabel pengamatan. Beberapa peralatan yang lebih tua menggunakan filter analog Tipe-Tipe Termokopel Tersedia beberapa jenis termokopel, tergantung aplikasi penggunaannya Tipe K (Chromel (Ni-Cr alloy) / Alumel (Ni-Al alloy)) Termokopel untuk tujuan umum. Lebih murah. Tersedia untuk rentang suhu 200 C hingga C. Tipe E (Chromel / Constantan (Cu-Ni alloy)) Tipe E memiliki output yang besar (68 µv/ C) membuatnya cocok digunakan pada temperatur rendah. Properti lainnya tipe E adalah tipe non magnetik. 15

13 Tipe J (Iron / Constantan) Rentangnya terbatas ( 40 hingga +750 C) membuatnya kurang populer dibanding tipe K Tipe J memiliki sensitivitas sekitar ~52 µv/ C Tipe N (Nicrosil (Ni-Cr-Si alloy) / Nisil (Ni-Si alloy)) Stabil dan tahanan yang tinggi terhadap oksidasi membuat tipe N cocok untuk pengukuran suhu yang tinggi tanpa platinum. Dapat mengukur suhu di atas 1200 C. Sensitifitasnya sekitar 39 µv/ C pada 900 C, sedikit di bawah tipe K. Tipe N merupakan perbaikan tipe K Termokopel tipe B, R, dan S adalah termokopel logam mulia yang memiliki karakteristik yang hampir sama. Mereka adalah termokopel yang paling stabil, tetapi karena sensitifitasnya rendah (sekitar 10 µv/ C) mereka biasanya hanya digunakan untuk mengukur temperatur tinggi (>300 C). Type B (Platinum-Rhodium/Pt-Rh) Cocok mengukur suhu di atas 1800 C. Tipe B memberi output yang sama pada suhu 0 C hingga 42 C sehingga tidak dapat dipakai di bawah suhu 50 C. Type R (Platinum /Platinum with 7% Rhodium) Cocok mengukur suhu di atas 1600 C. sensitivitas rendah (10 µv/ C) dan biaya tinggi membuat mereka tidak cocok dipakai untuk tujuan umum. Type S (Platinum /Platinum with 10% Rhodium) 16

14 Cocok mengukur suhu di atas 1600 C. sensitivitas rendah (10 µv/ C) dan biaya tinggi membuat mereka tidak cocok dipakai untuk tujuan umum. Karena stabilitasnya yang tinggi Tipe S digunakan untuk standar pengukuran titik leleh emas ( C). Type T (Copper / Constantan) Cocok untuk pengukuran antara 200 to 350 C. Konduktor positif terbuat dari tembaga, dan yang negatif terbuat dari constantan. Sering dipakai sebagai alat pengukur alternatif sejak penelitian kawat tembaga. Type T memiliki sensitifitas ~43 µv/ C Penggunaan Termokopel Termokopel paling cocok digunakan untuk mengukur rentangan suhu yang luas, hingga 2300 C. Sebaliknya, kurang cocok untuk pengukuran dimana perbedaan suhu yang kecil harus diukur dengan akurasi tingkat tinggi, contohnya rentang suhu C dengan keakuratan 0.1 C. Untuk aplikasi ini, Termistor dan RTD lebih cocok. Contoh Penggunaan Termokopel yang umum antara lain : Industri besi dan baja Pengaman pada alat-alat pemanas Untuk termopile sensor radiasi Pembangkit listrik tenaga panas radioisotop, salah satu aplikasi termopile. Pada tugas proyek ini, kami menggunakan Termokopel Tipe K. Termokopel ini sendiri mempunyai slope yang besar dan memiliki sensitivitas yang lebih tinggi jika 17

15 dibandingkan dengan termokopel yang lainnya. Hal ini menyebabkan termokopel ini dapat mengukur dalam range suhu yang besar termasuk suhu yang tinggi. Termokopel Tipe K terbuat dari bahan chromel pada bagian kaki positifnya dan alumel (nickel / 5% aluminium dan silicon) pada bagian kaki negatifnya. Rentang suhunya -190º C º C Pengertian Temperatur Temperatur adalah ukuran panas-dinginnya dari suatu benda. Panasdinginnya suatu benda berkaitan dengan energi termis yang terkandung dalam benda tersebut. Makin besar energi termisnya, makin besar temperaturnya. Temperatur disebut juga suhu. Suhu menunjukkan derajat panas benda. Mudahnya, semakin tinggi suhu suatu benda, semakin panas benda tersebut. Secara mikroskopis, suhu menunjukkan energi yang dimiliki oleh suatu benda. Setiap atom dalam suatu benda masing-masing bergerak, baik itu dalam bentuk perpindahan maupun gerakan di tempat berupa getaran. Makin tingginya energi atom-atom penyusun benda, makin tinggi suhu benda tersebut. Suhu juga disebut temperatur yang diukur dengan alat termometer. Empat macam termometer yang paling dikenal adalah Celsius, Reumur, Fahrenheit dan Kelvin. Perbandingan antara satu jenis termometer dengan termometer lainnya mengikuti: C:R:(F-32) = 5:4:9 dan K=C Secara kualitatif, kita dapat mengetahui bahwa suhu adalah sensasi dingin atau hangatnya sebuah benda yang dirasakan ketika menyentuhnya. Secara 18

16 kuantitatif, kita dapat mengetahuinya dengan menggunakan termometer. Suhu dapat diukur dengan menggunakan termometer yang berisi air raksa atau alkohol. Kata termometer ini diambil dari dua kata yaitu thermo yang artinya panas dan meter yang artinya mengukur (to measure). (to measure). 2.5 Jurnal Pedukung Monitoring Temperatur Baja. Sistem monitoring temperature baja ini telah pernah dibuat oleh Mehul Gosai dan Sanket N.Bhavsar. dalam jurnalnya yang berjudul: Gosai, Mehul And Sanket N.Bhavsar. (2016) Experimental Study on Temperature Measurement in Turning Operation of Hardened Steel (EN36). Procedia Technology 23 ( 2016 ) Pada prinsipnya sistem kerja monitoring temperature plate baja yang penulis buat dengan jurnal international yang telah di konferensikan adalah sama. Akan tetapi terdapat sedikit perbedaan dalam pengaplikasianya.. Untuk sistem monitoring temperatur yang penulis buat diaplikasikan pada baja yang akan di uji dengan salah satu metode uji tak rusak yaitu Ultrasonic Testing. Sedangkan, sistem monitoring temperature baja yang telah dibuat pada jurnal internasional diplikasikan pada baja yang akan dipotong menggunakan Machine Metal Cutting. Selain itu sistem monitoring plate baja yang telah di buat pada jurnal international ini menggunakan arduino UNO sebagai mikrokontroler dan LabVIEW yang berfungsi untuk memvisualisasikan data dari temperature baja dalam bentuk grafik. 19