BAB II DASAR TEORI. mendeteksi gejala perubahan suhu pada objek tertentu. Sensor suhu

Transkripsi

1 BAB II DASAR TEORI 2.1 Prinsip Sensor Suhu Sensor suhu atau temperature sensors adalah suatu komponen yang dapat mengubah besaran panas menjadi besaran listrik sehingga dapat mendeteksi gejala perubahan suhu pada objek tertentu. Sensor suhu melakukan pengukuran terhadap jumlah energi panas/dingin yang dihasilkan oleh suatu objek sehingga memungkinkan kita untuk mengetahui atau mendeteksi gejala perubahan-perubahan suhu tersebut dalam bentuk output analog maupun digital. Ada beberapa metode yang digunakan untuk membuat sensor ini, salah satunya dengan cara menggunakan material yang berubah hambatannya terhadap arus listrik sesuai dengan suhunya Menggunakan Bahan Logam Logam akan bertambah besar hambatannya terhadap arus listrik jika panasnya bertambah. Hal ini dapat dijelaskan dari sisi komponen penyusun logam. Logam dapat dikatakan sebagai muatan positif yang berada di dalam elektron yang bergerak bebas. Jika suhu bertambah, elektron-elektron tersebut akan bergetar dan 6

2 getarannya semakin besar seiring dengan naiknya suhu. Dengan besarnya getaran tersebut, maka gerakan elektron akan terhambat dan menyebabkan nilai hambatan dari logam tersebut bertambah Menggunakan Bahan Semikonduktor Bahan semikonduktor mempunyai sifat terbalik dari logam, semakin besar suhu, nilai hambatan akan semakin turun. Hal ini dikarenakan pada suhu yang semakin tinggi, elektron dari semikonduktor akan berpindah ke tingkat yang paling atas dan dapat bergerak dengan bebas. Seiring dengan kenaikan suhu, semakin banyak elektron dari semikonduktor tersebut yang bergerak bebas, sehingga nilai hambatan tersebut berkurang. 2.2 Prinsip Sensor Kelembaban Sensor kelembaban adalah suatu alat ukur yang digunakan untuk membantu dalam proses pengukuran atau pendifinisian suatu kelembaban uap air yang terkandung dalam udara. Sensor kelembapan yang memanfaatkan perubahan sifat bahan terhadap perubahan kelembaban udara sekitar. Bahan yang digunakan untuk mengukur kelembapan berupa komponen yang mempunyai dua elektroda yang ditengahnya terdapat substrat kelembapan, yang mengakibatkan ketika kelembapan berubah konduktivitas maka substrat juga berubah. Hasilnya, nilai resistansi antara dua elektroda tersebut akan berubah. Perubahan inilah yang menjadi dasar pengukuran kelembapan. Pada dasarnya terdapat 2 jenis pengukuran kelembaban, yakni kelembaban mutlak dan kelembaban relatif. Kelembapan mutlak (absolut) adalah bilangan yang menunjukkan berapa gram uap air yang tertampung 7

3 dalam satu meter kubik udara (g/m 3 ). Kelembapan nisbi (relatif) adalah bilangan yang menunjukkan berapa persen perbandingan antara uap air yang ada dalam udara saat pengukuran dan jumlah uap air maksimum yang dapat ditampung oleh udara tersebut. Dalam melakukan pengukuran kelembaban pada suatu daerah maka kita harus memasukkan temperatur sebagai faktor yang sangat berpengaruh terhadap kelembaban tersebut. Kelembaban relatif atau Relative Humidity (RH) adalah suatu perbandingan yang dinyatakan dalam prosentase, yakni banyaknya persen uap air di dalam atmosfer terhadap jumlah yang dibutuhkan untuk memenuhinya pada suhu yang sama. Kelembaban relatif berubah-ubah menyesuaikan suhu.rh 50% "± 5%", simbol "± 5%"menjelaskan adanya batas toleransi 5%, yaitu lebih 2,5% atau kurang 2,5% dari standar 50%, yang berarti tidak boleh kurang dari 47,5% dan lebih dari 52,5%. Suhu 20 0 C "± 2 0 C", simbol "± 2 0 C " menjelaskan adanya batas toleransi 2 0 C, yaitu lebih satu atau kurang satu dari standar 20 0 C, yang berarti tidak boleh kurang dari 19 0 C dan lebih dari 21 0 C. 2.3 Sensor DHT22 DHT22 (disebut juga sebagai AM2302) adalah digital-output, kelembaban relatif, dan sensor suhu. DHT22 ini menggunakan sensor kelembaban kapasitif dan thermistor untuk mengukur udara di sekitarnya, dan mengirimkan sinyal digital pada pin data. 8

4 Gambar 2.1 Sensor DHT22 dan Kaki Pin-nya Koneksi pin ini cukup sederhana. Pin pertama di sebelah kiri untuk 3-5V daya, pin kedua pin input data dan paling kanan pin untuk GND (pentanahan). Berikut spesifikasi Sensor DHT22: Rentang catu daya: 3,3-6 Volt DC (tipikal 5 VDC) Konsumsi arus pada saat pengukuran antara 1 hingga 1,5 ma. Maksimal Arus - 2.5mA. Konsumsi arus pada moda siaga antara µa Sinyal keluaran: digital lewat bus tunggal dengan kecepatan 5 ms / operasi (MSB-first) Elemen pendeteksi: kapasitor polimer (polymer capacitor) Jenis sensor: kapasitif (capacitive sensing) Rentang deteksi kelembapan / humidity sensing range: 0-100% RH (akurasi ±2-5% RH) Rentang deteksi suhu / temperature sensing range: -40 ~ +80 Celcius (akurasi ±0,5 C) Resolusi sensitivitas / sensitivity resolution: 0,1%RH; 0,1 C Pengulangan / repeatibility: ±1% RH; ±0,2 C 9

5 Histeresis kelembapan: ±0,3% RH Stabilitas jangka panjang: ±0,5% RH / tahun Periode pemindaian rata-rata: 2 detik Ukuran: 25,1 x 15,1 x 7,7 mm 2.4 Wifi Modul ESP8266 ESP8266 adalah sebuah komponen chip terintegrasi yang didesain untuk keperluan dunia masa kini yang serba tersambung. Chip ini menawarkan solusi networking Wi-Fi yang lengkap dan menyatu, yang dapat digunakan sebagai penyedia aplikasi atau untuk memisahkan semua fungsi networking Wi-Fi ke pemproses aplikasi lainnya. ESP8266 memiliki kemampuan on-board processing dan storage yang memungkinkan chip tersebut untuk diintegrasikan dengan sensor-sensor atau dengan aplikasi alat tertentu melalui pin input output hanya dengan pemrograman singkat. Gambar 2.2 Modul Wifi ESP8266 dan Kaki Pin nya Dengan level yang tinggi berupa on-chip yang terintegrasi memungkinkan external sirkuit yang ramping dan semua solusi, termasuk modul sisi depan, didesain untuk menempati area PCB yang sempit. Berikut adalah karakteristik dari wifi modul ESP

6 Tabel 2.1 Karakteristik Modul Wifi ESP8266 Karakteristik Modul Wifi ESP b/g/n Integrated low power 32-bit CPU could be used as application processor Wifi Direct (P2P) Integrated TCP/IP protocol stack Integrated TR switch, balun, LNA, power amplifier and matching SDIO 1.1 / 2.0, SPI, UART STBC, 1 1 MIMO, 2 1 MIMO A-MPDU & A-MSDU aggregation & 0.4ms guard interval network +19.5dBm output power in b mode Power down leakage current of <10uA 1MB Flash Memory Wake up and transmit packets in < 2ms Standby power consumption of < 1.0mW (DTIM3) Supply 3.3VDC Perlu diperhatikan bahwa modul ESP8266 bekerja dengan tegangan maksimal 3,6V. Cukup menghubungkan pin VCC modul Wifi ke pin 3.3V pada Arduino, jika sudah mendapat tegangan, modul WiFi akan menyala merah dan sekali-kali akan berkedip warna biru. 2.5 Arduino Arduino adalah kit elektronik atau papan rangkaian elektronik open source yang di dalamnya terdapat komponen utama yaitu sebuah chip mikrokontroler dengan jenis AVR dari perusahaan Atmel. Mikrokontroler itu 11

7 sendiri adalah chip atau IC (integrated circuit) yang bisa diprogram menggunakan komputer. Tujuan menanamkan program pada mikrokontroler adalah agar rangkaian elektronik dapat membaca input, memproses input tersebut dan kemudian menghasilkan output sesuai yang diinginkan. Jadi mikrokontroler bertugas sebagai otak yang mengendalikan input, proses dan output sebuah rangkaian elektronik. Sebenarnya Ada banyak jenis papan Arduino yang dapat kita digunakan berdasarkan ukuran, jumlah pin, dan mikrokontroler yang sesuai dengan kebutuhan kita. Namun pada tugas akhir ini penulis akan menggunakan Arduino uno sebagai pengendalinya. Arduino Uno adalah papan mikrokontroler berdasarkan ATmega328. Arduino menyediakan 20 pin I/O, yang terdiri dari 6 pin input analog dan 14 pin digital input/output. Untuk 6 pin analog sendiri bisa juga difungsikan sebagai output digital jika diperlukan output digital tambahan, untuk mengubah pin analog menjadi digital cukup mengubah konfigurasi pin pada program. 14 pin digital input/output (6 di antaranya dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, sebuah osilator kristal 16 MHz, sebuah koneksi USB, sebuah power jack, sebuah ICSP header, dan sebuat tombol reset Arduino juga mempunyai bahasa pemrogramanya sendiri yang berupa bahasa C yang sudah disederhanakan syntax bahasa pemrogramannya sehingga mempermudah kita dalam mempelajari dan mendalami mikrokontroler. Selain itu dalam board arduino sendiri sudah terdapat loader yang berupa USB sehingga memudahkan kita ketika kita memprogram mikrokontroler didalam arduino. Sedangkan pada 12

8 kebanyakan board mikrokontroler yang lain yang masih membutuhkan rangkaian loader terpisah untuk memasukkan program ketika kita memprogram mikrokontroler. Port USB tersebut selain untuk loader ketika memprogram, bisa juga difungsikan sebagai port komunikasi serial. Gambar 2.3 Pin dari Arduino Uno R3 Board Power Supply Arduino dapat diberikan power melalui koneksi USB atau power supply. Powernya diset secara otomatis. Power supply dapat menggunakan adaptor DC atau baterai. Adaptor dapat dikoneksikan dengan mencolok jack adaptor pada koneksi port input supply. Board arduino dapat dioperasikan menggunakan supply dari luar sebesar 6-20 volt. Jika supply kurang dari 7V, kadangkala pin 5V akan menyuplai kurang dari 5 volt 13

9 dan board bisa menjadi tidak stabil. Jika menggunakan lebih dari 12 V, tegangan di regulator bisa menjadi sangat panas dan menyebabkan kerusakan pada board. Rekomendasi tegangan ada pada 7 sampai 12 volt. Penjelasan pada pin power adalah sebagai berikut : 1) Vin: Tegangan input ke board arduino ketika menggunakan tegangan dari luar (seperti yang disebutkan 5 volt dari koneksi USB atau tegangan yang diregulasikan). Pengguna dapat memberikan tegangan melalui pin ini, atau jika tegangan suplai menggunakan power jack, aksesnya menggunakan pin ini. 2) 5V: Regulasi power supply digunakan untuk power mikrokontroller dan komponen lainnya pada board. 5V dapat melalui Vin menggunakan regulator pada board, atau supply oleh USB atau supply regulasi 5V lainnya. 3) 3V3: Suplai 3.3 volt didapat oleh FTDI chip yang ada di board. Arus maximumnya adalah 50mA. 4) Pin Ground: Berfungsi sebagai jalur ground pada Arduino Memori ATmega328 memiliki 32 KB flash memori untuk menyimpan kode, juga 2 KB yang digunakan untuk bootloader. ATmega328 memiliki 2 KB untuk SRAM dan 1 KB untuk EEPROM Input dan Output Setiap 14 pin digital pada arduino dapat digunakan sebagai input atau output, menggunakan fungsi pinmode(), digitalwrite(), dan digitalread(). Input/output dioperasikan pada 5 volt. Setiap pin dapat 14

10 menghasilkan atau menerima maximum 40 ma dan memiliki internal pull-up resistor (disconnected oleh default) 20-50K Ohm. Beberapa pin memiliki fungsi sebagai berikut : 1) Serial : 0 (RX) dan 1 (TX). Digunakan untuk menerima (RX) dan mengirim (TX) TTL data serial. Pin ini terhubung pada pin yang koresponding dari USB ke TTL chip serial. 2) Interupt eksternal : 2 dan 3. Pin ini dapat dikonfigurasikan untuk trigger sebuah interap pada low value, rising atau falling edge, atau perubahan nilai. 3) PWM : 3, 5, 6, 9, 10, dan 11. Mendukung 8-bit output PWM dengan fungsi analogwrite(). 4) SPI : 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Pin ini mensuport komunikasi SPI, yang mana masih mendukung hardware, yang tidak termasuk pada bahasa arduino. 5) LED : 13. Ini adalah dibuat untuk koneksi LED ke digital pin 13. Ketika pin bernilai HIGH, LED hidup, ketika pin LOW, LED mati Komunikasi Arduino Uno 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). Firmware Arduino menggunakan USB driver standar COM, dan tidak ada driver eksternal yang dibutuhkan. Namun, pada Windows, file. Ini diperlukan. Perangkat lunak Arduino termasuk monitor serial yang memungkinkan data 15

11 sederhana yang akan dikirim ke board Arduino. RX dan TX LED di board akan berkedip ketika data sedang dikirim melalui chip USBto-serial dan koneksi USB ke komputer Software Arduino Arduino Uno dapat diprogram dengan perangkat lunak Arduino. Pada ATMega328 di Arduino terdapat bootloader yang memungkinkan Anda untuk meng-upload kode baru untuk itu tanpa menggunakan programmer hardware eksternal. IDE Arduino adalah software yang sangat canggih ditulis dengan menggunakan Java. IDE Arduino terdiri dari: 1) Editor program, sebuah window yang memungkinkan pengguna menulis dan mengeditprogram dalam bahasa processing. 2) Compiler, sebuah modul yang mengubah kode program (bahasa Processing) menjadi kode biner. Bagaimanapun sebuah mikrokontroler tidak akan bisa memahami bahasa Processing. Yang bisa dipahami oleh mikrokontroler adalah kode biner. Itulah sebabnya compiler diperlukan dalam hal ini. 3) Uploader, sebuah modul yang memuat kode biner dari komputer ke dalam memory didalam papan Arduino. 16

12 Tabel 2.2 Spesifikasi Arduino Uno R3 Board 17