RANCANG BANGUN TELEMETRI TEMPERATUR DAN KELEMBABAN BERBASIS SENSOR SHT11 DAN ARDUINO UNO R3 Farid Baskoro, S.T., M.T. Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Surabaya farid.baskoro@yahoo.com Rifqi Firmansyah ST.,MT ; Indira Dwi Rachmawati Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Surabaya rifqifirmansyah@unesa.ac.id Abstrak Kebutuhan akan data tentang kondisi lingkungan sekitar telah mendorong manusia untuk membuat alat yang bisa mengukur kondisi lingkungan. Dua diantara banyak data yang bisa diukur yang menjelaskan kondisi lingkungan adalah temperatur dan kelembaban. Sistem Telemetri Suhu Dan Kelembaban Berbasis Arduino Uno R3 ini dirancang dan diimplementasikan pada sebuah alat yang bisa mengukur temperatur dan kelembaban lingkungan. Sebagai sensor pengukur temperatur dan kelembaban digunakan SHT11. SHT11 memiliki beberapa keuntungan diantaranya hanya membutuhkan dua buah sinyal untuk bekerja, keluaran hasil pengukuran telah digital, ukurannya kecil dan stabil untuk waktu yang lama. Alat yang dibuat terdiri atas dua bagian yakni pengirim transmitter dan receiver RF modul 433MHz. Arah komunikasi antara bagian pengirim dan penerima bersifat satu arah saja. Secara periodik pengukuran data kondisi lingkungan dilakukan di bagian pengirim dan dikirimkan ke bagian penerima. Pada bagian penerima data diteruskan ke laptop dimana setiap data dapat ditampilkan dan disimpan pada sebuah file. Mikrokontroler yang digunakan untuk mengontrol kerja bagian pengirim adalah Arduino Uno R3. Kata kunci : Telemetri,Sensor SHT11,RF modul 433MHz,temperatur dan kelembaban,arduino Uno R3. PENDAHULUAN Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika (BMKG) merupakan lembaga yang menangani masalah cuaca dan iklim di Indonesia. Lembaga ini mendirikan stasiun meteorology di berbagai tempat untuk mengamati kondisi lingkungan yang ada di sekitar stasiun tersebut. Parameter yang diambil adalah suhu dan kelembaban, kecepatan, arah angin, curah hujan dan intensitas penyinaran matahari. Dalam mempelajari karakteristik musim di stasiun klimatologi diperlukan pencatatan yang aktif dalam waktu yang lama dari berbagai parameter yang diperlukan. Hal ini tentu saja tidak mungkin dilakukan oleh manusia untuk menganalisa data. Seiring dengan perkembangan komputer maka sistem tersebut memungkinkan untuk dilakukan sistem komputerisasi penyimpanan data klimatologi. Perkembangan peralatan elektronika pada saat ini sudah cukup pesat. Peralatan rumah tangga, kantor dan alat ukur sudah menggunakan perangkat elektronika. Dalam perkembangan peralatan elektronika semakin mudah pengoperasiannya dan semakin komplek kegunaannya. Khusus untuk alat ukur selalu memaksimalkan akurasi dan presisi alat ukur. Baik alat ukur analog maupun digital selalu memperhatikan akurasi dan presisi dari alat ukur. Walaupun alat ukur digital sudah menunjukan angka tetap ada keterbatasannya. Penunjukan digit angka merupakan keterbatasan maksimal yang mampu terbaca alat pada skala terbesar dan terkecilnya. Modul sensor SHT11 merupakan sensor produksi Sensirion Corp di Zurich, Switzerland, telah di pasarkan sejak 2002 dan telah di akui sebagai sensor yang handal. Sensor SHT 11 berupa chip suhu dan kelembaban relatife tunggal dengan keluaran telah terkaliberasi DASAR TEORI Pengertian Telemetri Telemetri adalah penggunaan telekomunikasi yang digunakan untuk merekam dan menggirimkan sinyal pengukuran otomatis dari alat ukur yang berada pada jarak jauh. Selanjutnya informasi tersebut di kirimkan dengan berbagai cara untuk menuju user. Sistem telemetri bertujuan untuk mengambil data 1
Header halaman genap: Jurnal Teknika. Volume 06 Nomor 01 Tahun 2016, 0-7 dari tempat yang memiliki jarak atau lokasi yang jauh dan menggirimkanya ke stasiun pusat untuk dapat di olah. Penggunaan system telemetri ini sekarang telah banyak di kembangkan bahkan di gunakan dalam kehidupan sehari-hari seperti pemantauan temperature dan suhu pada gunung berapi, monitoring kendaraan,otomasi industry dan sebagainya.sistem telemetri sering digunakan untuk pengukuran di daerahdaerah yang sulit untuk di jangkau manusia seperti gunung, gua atau lembah. Selain itu dalam pemantauan cuaca juga digunakan sistem telemetri, dimana salah satu parameter cuaca adalah suhu udara. Untuk MCU (microcontroller unit) menggunakan arduino uno R3. Arduino digunakan untuk membaca output dari sensor SHT11 kemudian mengolahnya agar bisa ditransmisikan menggunakan RF modul 433MHz. Sensor SHT11 SHT11 Module merupakan modul sensor suhu dan kelembaban relatif dari Sensirion. Modul ini dapat digunakan sebagai alat pengindra suhu dan kelembaban dalam aplikasi pengendali suhu dan kelembaban ruangan maupun aplikasi pemantau suhu dan kelembaban relatif ruangan. Tabel 1 Spesifikasi : Berbasis sensor suhu dan kelembaban relatif Sensirion SHT11. Mengukur suhu dari -40 C (-40 F) hingga +123,8 C (+254,9 F) dan kelembaban relatif dari 0%RH hingga 100%RH. Memiliki ketepatan (akurasi) pengukuran suhu hingga ±0,5 C pada suhu 25 C dan ketepatan (akurasi) pengukuran kelembaban relatif hingga ±3,5%RH. Memiliki antarmuka serial synchronous 2-wire, bukan I2C. Jalur antarmuka telah dilengkapi dengan rangkaian pencegah kondisi sensor lock-up. Membutuhkan catu daya +5V DC dengan konsumsi daya rendah 30µW. Modul ini memiliki faktor bentuk 8 pin DIP 0,6" sehingga memudahkan pemasangannya. Gambar 1 : Sensor SHT11 Sumber:https://www.sensirion.com/ Gambar 2 : Arduino Uno R3 Sumber : https://www.arduino.cc/ Arduino uno adalah microcontroller berbasis Atmega328P. Mempunyai 14 digital input/output (dimana 6 diantara bisa digunakan sebagai PWM output), 6 analog input, 16MHz crystal, koneksi usb, jack power, ICSP header dan tombol reset. Arduino uno memuat semua yang dibutuhkan untuk mendukung microcontroller; mudah dihubungkan dengan komputer menggunakan kabel USB atau untuk menhidupkannya menggunakan AC/DC adapter atau baterai. Tabel 2. Spesifikasi Atmega328P Mikrokontroller Atmega328P Tegangan kerja 5V Tegangan input 7-12V (rekomendasi) Tegangan input (batas) 6-20V Pin I/O digital 14 Pin I/O digital PWM 6 Pin input analog 6 Arus DC per pin I/O 20mA Arus DC untuk pin 3.3V 50mA Flash memory 32KB(Atmega328P) SRAM 2KB(Atmega328P) EEPROM 1KB(Atmega328P) Clock Speed 16MHz RF modul 433 MHz RF Modul (modul frekuensi radio) adalah perangkat elektronik yang digunakan untuk mengirim atau menerima sinyal radio antara dua perangkat.rf Modul yang paling sering digunakan untuk aplikasi pembuka garasi, sistem alarm nirkabel, remote kontrol, aplikasi sensor pintar, dan sistem otomasi rumah nirkabel. RF modul yang digunakan adalah RF Modul 433MHz MX-FS-03V & MX-05. Arduino Uno R3
Daya transmisi 10mW Frekuensi 433MHz Pin 1 Ground Pin 2 VCC (3.5 12V) Pin 3 RX Data Gambar 3 : RF modul 433MHz MX-FS-03V & MX-05 Sumber: http://forum.hobbycomponents.com/ Terdapat dua komponen yaitu transmitter modul dan receiver modul yang menggunakan modulasi ASK. Amplitudo-shift keying (ASK) merupakan bentuk modulasi amplitudo yang mewakili data digital sebagai variasi amplitudo gelombang pembawa. Dalam sebuah sistem ASK, simbol biner 1 diwakili oleh transmisi tetap amplitudo gelombang pembawa dan frekuensi tetap untuk durasi sedikit T detik. Jika nilai sinyal 1 maka sinyal pembawa akan dikirimkan; sebaliknya, nilai sinyal 0 akan dikirim. Kabel USB Kabel USB dapat berfungsi sebagai antar muka antara Arduino Uno R3 dengan pemrograman atau komunikasi komputer. Pada bagian transmitter kabel USB dapat berfungsi sebagai penghubung antara Arduino Uno R3 dengan laptop untuk memasukkan program, selain itu juga berfungsi sebagai supply tegangan dari laptop ke Arduino Uno R3. Dan pada bagaian receiver selain berfungsi sebagai supply tegangan pada Arduino Uno R3, kabel USB dapat berfungsi sebagai antar muka antara Arduino R3 dengan laptop, dimana pada laptop akan menampilkan data yang dikirim dari Arduino Uno R3 transmitter. Kabel USB dapat ditunjukkan pada Gambar 5 sebagai berikut. Tabel 3Pada bagian receiver Model Suply Tegangan Arus Frekuensi Sensitifitas Antena Ukuran Pin 1 Pin 2 Pin 3 Pin 4 Gambar 4 : Diagram ASK Sumber : https://en.wikipedia.org/ MX-05V 5V DC 4mA 433.92MHz 105 db 32cm 30*14*7mm Ground RX Data RX Data VCC (5V) Tabel 4.Pada bagian Transmitter Model MX-FS-03V Jarak Transmisis 20-200Meter Tegangan 3.5-12V DC Ukuran Mode kerja Kecepatan transmisi 19*19mm Am 4Kb/s(4000 bits/s) Gambar 5 : kabel USB Sumber:https://www.arduino.cc/ PERANCANGAN SISTEM Menyiapkan Perangkat Telemetri Menyiapkan perangkat adalah merangkai setiap bagian menjadi satu. Untuk percoban telemetri ini dibutuhkan perangkat transmitter dan receiver. transmitter terdiri dari sensor SHT11 sebagai variabel akan akan dipantau kemudian mikrokontroller arduino uno R3 yang pertama sebagai membaca data dari sensor dan mengolahnya untuk dikirim melalui modul transmitter MX-FS-03V. Bagian receiver terdiri dari receiver modul yang akan menerima data kemudian diolah di mikrokontroller arduino uno kedua yang kemudian akan didisplay pada laptop. 3
Header halaman genap: Jurnal Teknika. Volume 06 Nomor 01 Tahun 2016, 0-7 Sensor SHT11 Laptop Arduino Uno Arduino Uno RF Module Board 433 MHz RF Module Board 433 MHz transmitter, data yang telah diterima tersebut kemudian akan diproses oleh Arduino Uno R3 dan data tersebut akan ditampilkan pada laptop yang terhubung dengan Arduino Uno R3. Arduino Uno R3 dapat terhubung dengan laptop melalui kabel USB. Pada Bagian receiver, VCC dan ground modul receiver dihubungkan ke 5V dan ground arduino kedua, dan untuk pin data RX digunakan pin 3 yang dihubungkan ke pin digital I/O (7) arduino. Dan untuk memonitor data yang telah diterima arduino dihubungkan ke computer atau laptop untuk displaynya. Gambar dari rangkaian receiver dapat dilihat pada Gambar 8 berikut. Gambar 6: Blok diagram sistem telemetri Sumber:dokumen pribadi Rangkaian Transmitter Rangkaian transmitter terdiri dari rangkaian sensor SHT11, Arduino Uno R3, dan RF Module Board 433 MHz transmitter. Rangkaian sensor SHT11 digunakan untuk mengukur temperatur dan kelembaban yang kemudian dari hasil pengukuran tersebut akan diproses oleh Arduino Uno, untuk diolah menjadi suatu data, dan data tersebut akan dikirimkan oleh Arduino Uno R3 pada receiver melalui RF Module Board 433 MHz transmitter. Gambar rangkaian transmitter dapat dilihat pada Gambar 7 berikut. Gambar 7 : rangkaian transmitter Sumber:dokumen pribadi Untuk bagian transmitter diawali dengan sensor SHT11 yang menggunkan 8 pin kemudian dihubungkan dengan mikrokontroler Arduino Uno R3.Pin pertama adalah data dihubungkan pada port 10 arduino,kemudian pin ketiga yaitu clock dihubungkan pada port 11 arduino,pin 4 adalah ground dihubungkan dengan GND dan pin 8 adalah vcc dihubungkan dengan 5V. Selanjutnya modul transmitter untuk pin VCC dan Ground masing - masing dihubungkan ke 5V dan ground arduino. Untuk pin data dihubungkan ke pin digital I/O Gambar 7: rangkaian receiver Sumber:dokumen pribadi PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN Pengujian Sensor Pengujian sensor dilakukan dengan mengambil data dari sensor SHT11 yang ditransmisikan ke laptop selama 20 detik. Tabel 5.pengujian sensor SHT11 35.6 ºC 70.1% 35.6 ºC 70.2% 35.5 ºC 70.3% 35.5 ºC 70.3% 35.4 ºC 70.3% 35.4 ºC 70.4% 35.3 ºC 70.6% 35.3 ºC 70.6% 35.3 ºC 70.6% 35.3 ºC 70.5% 35.2 ºC 70.6% 35.2 ºC 70.7% 35.2 ºC 70.7% 35.1 ºC 70.7% 35.1 ºC 70.8% Rangkaian Receiver Rangkaian receiver terdiri dari RF Module Board 433 MHz receiver, Arduino Uno R3, dan penampil berupa laptop. RF Module Board 433 MHz receiver berfungsi sebagai penerima data data yang dikirim dari
Pengujian Telemetri (Transmitter dan Receiver) Untuk pengujian telemetrinya dilakukan pengukuran dengan berbagai variabel jarak yang berbeda untuk mengetahui kinerja dari alat ini dalam menyampaikan data yang didapat dari sensor (transmitter) yang kemudian dikirimkan ke receiver. Pengujiannya juga dilakukan dengan berbagai kondisi ada halangan dan tanpa adanya halangan. Pengujian telemetri dengan tanpa halangan Pertama kami melakukan pengujian telemetri dengan jarak 15 m untuk mengetahui apakah receiver masih dapat dengan baik menerima data dari transmitter. Dan berikut sample data yang dikirim oleh transmitter dan diterima receiver selama 15 detik padat jarak 15 m. Tabel 5.a.transmitter 36.1 55.5 36.2 55.4 36.2 55.9 Tabel 5.b.receiver 36.1 55.5 36.2 55.4 36.2 55.9 Tabel 5.a. Data yang dikirim Transmitter pada jarak 15 m tanpa halangan. Sedangkan tabel 5.b. Data yang diterima Receiver pada jarak 20 m tanpa halangan. data yang dikirim transmitter masih mampu diterima dengan baik oleh receiver dalam jangkauan jarak 15 m. Kemudian,kami melakukan pengujian telemetri dengan jarak 37 m untuk mengetahui apakah receiver masih dapat menerima data dengan baik dari transmitter. Dan berikut sample data yang dikirim oleh transmitter dan diterima receiver selama 24 detik pada jarak 37 m. Tabel 6.a.transmitter Temperatur kelembaban 36.5 55.2 36.5 55.5 36.5 55.5 36.5 55.6 36.5 55.4 36.3 55.7 36.4 55.9 36.4 56.2 36.4 56.2 36.5 56.1 36.5 56.1 36.5 56.4 Tabel 6.b..receiver 36.5 55.6 36.3 55.7 36. 56.4 Tabel 6.a. Data yang dikirim Transmitter pada jarak 37 m tanpa halangan. Sedangkan tabel 6.b. Data yang diterima Receiver pada jarak 37 m tanpa halangan. data yang dikirim transmitter kurang mampu diterima dengan baik oleh receiver dalam jangkauan jarak 37 m. Terdapat beberapa data yang tidak mampu terkirim atau terbaca oleh receiver. 5
Header halaman genap: Jurnal Teknika. Volume 06 Nomor 01 Tahun 2016, 0-7 Pengujian telemetri dengan terdapat halangan(dinding) Pertama kami melakukan pengujian telemetri dengan jarak 3 m untuk mengetahui apakah receiver masih dapat dengan baik menerima data dari transmitter. Dan berikut sample data yang dikirim oleh transmitter dan diterima receiver selama 9 detik pada jarak 3 m. Tabel 7.a.transmitter Tabel7.b.transmitter Tabel 7.a. Data yang dikirim Transmitter pada jarak 3 m dengan terdapat halangan (dinding). Tabel 7.b. Data yang diterima Receiver pada jarak 3 m dengan terdapat halangan (dinding). data yang dikirim transmitter masih mampu diterima dengan baik oleh receiver dalam jangkauan jarak 3 m meskipun ada halangan (dinding). Kemudian, kami melakukan pengujian telemetri dengan jarak 14 m untuk mengetahui apakah receiver masih dapat menerima data dengan baik dari transmitter meskipun terhalang dinding. Dan berikut sample data yang dikirim oleh transmitter dan diterima receiver selama 30 detik pada jarak 14 m. Tabel 8.a.transmitter Temperatur kelembaban 34.4 67.9 34.4 67.9 34.4 67.4 34.4 67.3 Tabel 8.b. receiver 34.4 67.4 Tabel 8.a. Data yang dikirim Transmitter pada jarak 14 m dengan terdapat halangan (dinding). Tabel 8.b. Data yang diterima Receiver pada jarak 14 m dengan terdapat halangan (dinding). data yang dikirim transmitter kurang mampu diterima dengan baik oleh receiver dalam jangkauan jarak 14 m. Terdapat beberapa data yang tidak mampu terkirim atau terbaca oleh receiver. PENUTUP Kesimpulan Dari penelitian ini dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :Secara keseluruhan sudah bekerja dengan baik. Sistem sudah berhasil mengirimkan hasil pengukuran secara telemetri dengan jangkauan kondisi tanpa penghalang dinding dengan jarak maksimal 37 m. Dan
kondisi terdapat halangan diding dengan jarak maksimal 14 m.sensor DHT 11 sensitif terhadap aliran udara karena, DHT 11 dapat mengukur suhu dan kelembaban terhadap aliran udara yang masuk kesensor. Saran Pentingnya penambahan alat perekam atau memori untuk menyimpan data yang diperoleh.menambah jangkauan pengiriman data alat ukur. Diperlukan pembanding alat ukur tersebut. REFERENSI [1]Arduino, Arduino Uno Datasheet.https: //www.arduino.cc/ [2]Hobby Components, MX-FS-03V & MX-05V Datasheet.http://forum.hobbycomponents.com [3]Penjelasan dan cara kerja sensor SHT11.https:// fahmizaleeits.wordpress.com [4]Sofyan Shafiudin,Pemantau Ruang Inkubator Penetasan Telur Ayam Dengan Berbasis Telemetri Menggunakan Arduino UNO R3, Jurnal Nasional Teknik Elektro. ISSN 2302-2949 [5] SHT11, Manual SHT11 Datasheet https ://www.sensirion.com/ [6]Wikipedia, RF module. https://en.wikipedia.org/ [7]Wikipedia, Amplitude-shift keying. https://en.wikipedia.org/ 7