5 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Arduino Arduino adalah platform pembuatan prototipe elektronik yang bersifat open source Hardware yang berdasarkan pada perangkat keras dan perangkat lunak yang fleksibel dan mudah digunakan. Arduino ditujukan bagi para seniman, desainer dan siapapun yang tertarik dalam menciptakan objek atau lingkungan yang interaktif. Arduino pada awalnya dikembangkan di Ivrea, Italia. Platform arduino terdiri dari arduino board, shield, bahasa pemrograman arduino dan arduino development environment. Arduino board biasanya memiliki sebuah chip dasar mikrokontroler Atmel AVR Atmega8 berikut turunannya. Blok Diagram arduino board yang sudah disederhanakan dapat dilihat pada gambar 2.1. Gambar 2.1 Blok Diagram Arduino Board (Sumber: repository.usu.ac.id) Kegunaan arduino tergantung pada program yang dibuat. Bahasa pemrograman arduino adalah bahasa pemrograman yang umum digunakan untuk membuat perangkat lunak yang ditanamkan pada arduino board. Bahasa pemrograman arduino mirip dengan bahasa pemrograman C++. Tetapi bahasa ini sudah dipermudah menggunakan fungsi-fungsi sederhana sehingga pemula bisa mempelajarinya dengan mudah (Maulin, Sulvina. 2008).
6 Beberapa kelebihan dari arduino yaitu : 1. Tidak perlu perangkat chip programmer karena didalamnya sudah ada bootloader yang akan menangani upload program dari komputer. 2. Sudah memiliki sarana komunikasi USB, sehingga pengguna yang tidak memiliki Port serial bisa menggunakannya. 3. Bahasa pemrograman relatif mudah karena software arduino dilengkapi dengan kumpulan library yang cukup lengkap. 4. Memiliki modul yang siap dipakai (Shield) yang bisa ditancapkan padaa board arduino. Seperti shield GPS, ethernet, SD card dan sebagainya (Efendi, Ilham. 2014). 2.2.1 Arduino Uno Arduino Uno adalah arduino board yang menggunakan mikrokontroler ATmega328. Arduino Uno memiliki 14 digital input/output pin dan 6 analog input. Arduino Uno memuat segala hal yang dibutuhkan untuk mendukung sebuah mikrokontroler. Hanya dengan menghubungkannya ke sebuah komputer melalui USB atau memberikan tegangan DC dari baterai atau adaptor AC ke DC sudah dapat membuatnya bekerja. Nama Uno berarti satu dalam bahasa Italia, untuk menandai peluncuran Arduino 1.0. Uno dan versi 1.0 akan menjadi versi referensi dari Arduino. Uno adalah yang terbaru dalam serangkaian board USB Arduino, dan sebagai model referensi untuk platform Arduino. Arduino Uno memiliki 6 masukan analog yang diberi label A0 sampai A5, setiap pin menyediakan resolusi sebanyak 10 bit (1024 nilai yang berbeda). Secara default pin mengukur nilai tegangan dari ground 0V hingga 5V (Simanjuntak, Matur. 2012). Bentuk dari Arduino Uno dapat dilihat seperti gambar dibawah ini: c a d b Gambar 2.2 Arduino Uno e f
7 Berikut adalah penjelasan dari bagian-bagian pada Arduino Uno: a. USB Port, Port USB ini digunakan untuk melakukan upload program yang telah dibuat ke board Arduino. b. DC Input, digunakan sebagai sumber tenaga dari Arduino Uno. c. Input/Output Digital, merupakan Port yang digunakan sebagai input dan output dari data digital. d. Reset Button, tombol yang digunakan untuk melakukan restart dari program yang berjalan pada Arduino Uno. e. ATMega328, mikrokontroler yang digunakan pada Arduino Uno. f. Input Analog, merupakan Port yang digunakan sebagai input dari data analog. 2.2.1.1 Pin masukan dan keluaran Arduino Uno Masing-masing dari 14 pin digital arduino uno dapat digunakan sebahai masukan atau keluaran menggunakan fungsi pinmode(), digitalwrite(), dan digitalread(). Setiap pin beroperasi pada tagangan 5 volt. Setiap pin mampu menerima atau menghasilkan arus maksimum sebesar 40mA dan memiliki resiseor pull-up internal (diputus secara default) sebesar 20-30 KOhm. Sebagai tambahan, beberapa pin masukan digital memiliku kegunaan khusus yaitu : 1. Komunikasi serial: pin o (RX) dan pin 1 (TX), digunakan unntuk menerima (RX) dan mengirim (TX) data secara serial. 2. External interrupt: pin 2 dan pin 3 dapat dikonfigurasi untuk memicu sebuah interrupt pada nilai rendah, sisi naik atau turun, atau pada saat terjadi perubahan nilai. 3. Pulse-Width Modulation (PWM): Pin 3,5,6,9,10 dan 11 menyediakan keluaran PWM 8-bit dengan menggunakan fungsi analagowrite(). 4. Serial Peripheral Interface (SPI): pin 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO) dan 13 (SCK), pin ini mendukung komunikasi SPI dengan menggunakan SPI library. 5. LED: pin 13, terdapat built-in LED yang terhubung ke pin digital 13. Ketika pin bernilai HIGH maka LED menyala, sebaliknya ketika pin bernilai LOW maka LED akan padam.
8 Arduino memiliki 6 masukan analog yang diberi label A0 sampai A5, setiap pin menyediakan resolusi sebanyak 10 bit (1024 nilai yang berbeda). Secara default pin mengukur nilai tegangan dari ground (0V) hingga 5V, walaupun begitu dimungkinkan untuk mengganti nilai batas atas dengan menggunakan pin AREF dan fungsi analogreferences() (Simanjuntak, Matur. 2012). 2.2.1.2 Sumber Daya dan Pin Tegangan Arduino Uno Arduino dapat diberi daya melalui koneksi USB (Universal Serial Bus) atau melalui power supply external. Jika arduino dihubungkan kedua sumber daya tersebut secara bersamaan, maka arduino uno akan memilih salah satu sumber daya secara otomatis untuk digunakan. Power supply external dapat berasal dari adaptor AC ke DC atau baterai. Adaptor dapat dihubungkan ke soket power pada arduino uno. Arduino uno dapat beroperasi pada tegangan 6 sampai 20 volt. Jika arduino diberi tegangan dibawah 7 volt, maka pin 5V akan menyediakan tegangan dibawah 5 volt dan arduino uno mungkin bekerja tidak stabil. Jika diberikan tegangan melebihi 12 volt, penstabilan tegangan kemungkinan akan menjadi terlalu panas dan merusak arduino uno. Tegangan rekomendasi yang diberikan ke arduino uno berkisar antara 7 sampai 12 volt (Simanjuntak, Matur. 2012). Pin-pin tegangan pada arduino uno sebagai berikut: 1. Vin adalah pin untuk mengalirkan sumber tegangan ke arduiono uno ketika menggunakan sumber daya eksternal. Sumber tegangan juga akan disediakan melalui pin ini jika sumber daya yang digunakan untuk arduino uno dialirkan melalui soket power. 2. 5V adalah pin yang menyediakan tegangan teregulasi sebesar 5 volt berasal dari regulator tegangan ada arduino uno. 3. 3V3 adalah pin yang menyediakan tegangan teregulasi sebesar 3,3 volt berasal dari regulator tegangan pada arduino uno. 4. GND adalah pin ground (Simanjuntak, Matur. 2012).
9 2.2.1.3 Memori Program ATMega328 memiliki 32K byte On-chip In-System Reprogrammable Flash Memory untuk menyimpan program. Memori flash dibagi kedalam dua bagian, yaitu bagian program bootloader dan aplikasi yang terlihat pada gambar 2.3. bootloader adalah program kecil yang bekerja pada saat sistem dimulai yang dapat memasukkan seluruh program aplikasi kedalam memori prosesor (Simanjuntak, Matur. 2012). Gambar 2.3 Peta Memori Program ATMega328 (Sumber: repository.usu.ac.id) 2.2.1.4 Memori Data Memori data ATMega328 terbagi menjadi 4 bagian, yait 32 lokasi untuk register umum, 64 lokasi untuk register I/O, 160 lokasi untuk register I/O tambahan dan sisanya 2048 lokasi untuk data SRAM internal. Register umum menempati alamat data terbawah, yaitu 0x0000 sampai 0x001F. Register I/O menempati 64 alamat berikutnya mulai dari 0x0020 hingga 0x005F. Register I/O tambahan menempati 160 alamat berikutnya mulai dari 0x0060 hingga 0x00FF. Sisa alamat berikutnya mulai dari 0x0100 hingga 0x08FF digunakan untuk SRAM internal. Peta memori data dari ATMega 328 dapat dilihat pada gambar dibawah ini (Simanjuntak, Matur. 2012).
10 Gambar 2.4 Peta Memori Data ATMega328 2.2.1.5 Memori Data EEPROM Arduino uno terdiri dari 1Kbyte memori data EEPROM. Pada memori EEPROM, data dapat ditulis/dibaca kembali dan ketika catu daya dimatikan, data terakhir yang ditulis pada memori EEPROM masih tersimpan pada memori ini, atau dengan kata lain memori EEPROM bersifat nonvolatile. Alamat EEPROM dimulai dari 0x000 hingga 0x3FF (Simanjuntak, Matur. 2012). 2.2.2 Arduino Development Environment Arduino Development Environment terdiri dari editor teks untuk menulis kode, sebuah area pesan, sebuah konsol, sebuah toolbar dengan tombol-tombol untuk fungsi yang umum dan beberapa menu. Arduino Development Environment terhubung ke arduino board untuk meng-upload program dan juga untuk berkomunikasi dengan arduino board (Simanjuntak, Matur. 2012). Perangkat lunak yang ditulis mengguanakn Arduino Development Environment disebut sketch. Sketcth ditulis pada editor teks, disimpan dengan file berekstensi.ino. Area pesan memberikan informasi dan pesan error ketika kita
11 menyimpan atau membuka sketch. Konsol menampilkan output teks dari arduino Development Environment dan juga menampilkan pesan error ketika akan mengkompile sketcth. Pada sudut kanan bawah dari jendela Development Environment menunjukkan jenis board dan Port serial yang sedang digunakan. Tombol toolbar digunakan untuk mengecek dan mengupload sketch, membuat, membuka dan menyimpan skecth, dan menampilkan serial monitor (Simanjuntak, Matur. 2012). Gambar 2.5 Arduino IDE (Sumber : software.intel.com) Berikut ini adalah tombol-tombol toolbar serta fungsinya: 1. Verify. Berfungsi untuk mengecek error dan code program. 2. Upload. Meng-compile dan meng-upload program Arduino board. 3. New. Membuat sketch baru. 4. Open. Menampilkan sebuah menu dari seluruh sketch yang berada didalam sketchbook. 5. Save. Menyimpan sketch. 6. Serial Monitor. Membuka serial monitor (Simanjuntak, Matur. 2012).
12 2.2 Sensor Cahaya Light Dependent Resistor (LDR) Light Dependent Resistor (LDR) merupakan sebuah sensor cahaya. Jika intensitas cahaya yang masuk ke dalam sensor tersebut semakin sedikit, maka resistansinya akan semakin besar demikian juga sebaliknya jika intensitas cahaya yang masuk semakin banyak maka resistansinya akan semakin sedikit (dapat dilihat pada gambar 2.6) dan LDR dihitung dalam satuan ohm (Grandio, Oka. 2012). Gambar 2.6. Grafik hubungan antara resistensi dan iluminasi Hambatan pada LDR berubah-ubah tergantung intensitas cahaya, dimana nilai hambatan akan sebanding dengan jumlah cahaya yang diterimanya. Pada umumnya, Nilai hambatan LDR akan mencapai 200 Kilo Ohm (kω) pada kondisi gelap dan menurun menjadi 500 Ohm (Ω) pada kondisi cahaya terang. Jika intensitas cahaya tinggi maka hambatanya akan semakin kecil dan jika intensitas cahaya semakin rendah maka hambatanya semakin besar. Begitu pula dengan nilai tegangannya, Jika Intensitas cahaya rendah maka tegangannya akan semakin tinggi, dan sebaliknya jika intensitas cahaya semakin tinggi maka teganganya akan akan semakin rendah (Laila, Nova. 2015). Bentuk fisik dari Sensor Cahaya LDR adalah seperti gambar dibawah ini : Gambar 2.7 Sensor Cahaya LDR
13 LDR adalah rangkaian yang dapat mengukur nilai resistansi dari Foto-resistor / LDR tersebut. Dari hukum ohm, diketahui bahwa: Keterangan: V = Beda potensial antara dua titik. I = Arus yang mengalir di antara-nya. R= Resistansi di antara-nya. Nilai R tidak bergantung dari V ataupun I. Sehingga, jika ada perubahan nilai resistansi dari R, maka nilai tegangan V akan berubah. Jika beda potensial di-set tetap, maka perubahan resistansi hanya akan mempengaruhi besar arusnya. Dan persamaan tersebut akan menjadi: Kedua persamaan tersebut dapat dimanfaatkan sebagai rangkaian yang dapat mendeteksi perubahan resistansi dari LDR. Pada persamaan pertama, nilai V akan berubah jika resistansi berubah, sedangkan pada persamaan kedua, nilai I yang akan berubah. Namun pada banyak mikrokontroler, telah ter-integrasi rangkaian ADC yang dapat membaca tegangan (V) analog dengan baik. Sehingga pada pembahasan, rangkaian pembacaan nilai resistansi dari LDR berdasar pada persamaan pertama (Laila, Nova. 2015). Sensor cahaya LDR adalah suatu bentuk komponen yang mempunyai perubahan resistensi yang besarnya tergantung pada cahaya. Karakteristik LDR terdiri dari dua macam yaitu : 1. Laju Recovery sensor cahaya LDR (Light Dependent Resistor). Bila sebuah sensor cahaya LDR dibawa dari suatu ruangan dengan level kekuatan cahaya tertentu ke dalam suatu ruangan yang gelap, maka bisa diamati bahwa nilai resistensi dari LDR tidak akan segera berubah resistensinya pada keadaan ruangan gelap tersebut. Namun LDR tersebut hanya akan bisa mencapai nilai dikegelapan setelah mengalami selang waktu tertentu. Laju recovery merupakan suatu ukuran praktis dan suatu kenaikan nilai resistensi dalam waktu tertentu. Nilai ini ditulis dalam K/detik, untuk LDR tipe arus harganya lebih besar dari 200K/detik (selama 20 menit pertama mulai dari level cahaya
14 100 lux), kecepatan tersebut akan lebih tinggi pada arah sebaliknya, yaitu pindah dari tempat gelap ke tempat terang yang memerlukan waktu kurang dari 10ms untuk mencapai resistensi yang sesuai dengan level cahaya 400 lux. 2. Respon spektral sensor cahaya LDR (Light Dependent Resistor). Sensor cahaya LDR tidak mempunyai sensitivitas yang sama untuk setiap panjang gelombang cahaya yang jatuh padanya (yaitu warna). Bahan yang biasa digunakan sebagai penghantar arus listrik yaitu tembaga, aluminium, baja, emas dan perak. Dari kelima bahan tersebut tembaga merupakan penghantar yang paling banyak digunakan karena mempunya daya hantar yang baik (Manik, Sadarma. 2015). 2.3 Sensor Suhu LM35 Sensor suhu LM35 adalah sensor suhu yang dikemas dalam bentuk rangkaian terintegrasi yang tegangan keluarannya berbanding linear terhadap perubahan suhu. Sensor ini berfungsi sebagai pengubah dari besaran fisik suhu ke besaran tegangan yang memiliki koefisien sebesar 10 mv / C yang berarti bahwa kenaikan suhu 1 C maka akan terjadi kenaikan tegangan sebesar 10 mv. Sensor LM35 bekerja dengan mengubah besaran suhu menjadi besaran tegangan. Tegangan ideal yang keluar dari LM35 mempunyai perbandingan 100 C setara dengan 1 volt. Sensor ini mempunyai memanasan diri (self heating) kurang dari 0,1 C, dapat dioperasikan dengan menggunakan power supply tunggal dan dapat dihubungkan dengan antarmuka (interface) rangkaian kontrol (Manurung, Yusuf. 2015). Jangkauan kerja LM35 adalah antara suhu -55 C sampai dengan suhu 150 C. Sensor LM35 hanya memerlukan arus 60μA dari supplay sehingga panas yang ditimbulkan sendiri sangan rendah kurang dari 0 C didalam suhu ruangan. Untuk mendeteksi suhu digunakan sebuah sensor suhu LM35 yang dapat dikalibrasikan langsung dalam celsius. LM35 ini difungsikan sebagai basic temperature sensor (Alfalah. & Sri, Thomas. 2009). Bentuk fisik dari sensor suhu LM35 dapat dilihat pada gambar 2.8.
15 Gambar 2.8 Sensor suhu LM35 (Sumber : arduinoecia.com.br) 2.4 Relay Relay merupakan suatu perangkat yang menggunakan magnet listrik untuk mengendalikan seperangkat kontak. Fungsi utamanya adalah sebagai saklar yang mengatur penyambungan arus yang lebih besar dengan menggunakan arus masukan lebih kecil, sesuai dengan batas arus keluaran perangkat elektronik umumnya. Relay terdapat dalam dua jenis penggunaan arus, AC dan DC. relay AC menggunakan daya jaringan listrik umum yaitu 220V dan 110V. Sedangkan relay DC menggunakan tegangan antar 5V sampai 24V dan membutuhkan arus kerja sekitar 100 ma (Maulin, Sulvina. 2008). Bentuk fisik relay dapat dilihat pada gambar dibawah ini: Gambar 2.9. Relay (Sumber : famosastudio.com) Relay terdiri dari lilitan kawat (coil) yang dililitkan pada inti besi lunak. Jika lilitan kawat mendapatkan atus, isi besi lunak menghasilkan medan magnet dan menarik switch kontak. Switch kontak mengalami gaya tarik magnet sehingga
16 berpindah posisi ke kutub lain atau terlepas dari kutub asanya. Keadaan ini akan bertahan selama arus mengalir pada kumparan relay, dan relay akan kembali keposisi semula yaitu normally-off, bila tidak ada lagi arus yang mengalir padanya. Posisi normal relay tergantung pada jenis relay yang digunakan. Pemakaian jenis relay tergantung pada keadaan yang diinginkan dalam suatu rangkaian sistem, Menurut kerjanya relay dapat dibedakan menjadi: 1. Normaly Open (NO). Saklar akan tertutup bila dialiri arus. 2. Normaly close (NC). Saklar akan terbuka bila dialiri arus. 3. Change over (CO). Relay ini mempunyai saklar tunggal yang normalnya tertutup yang mana bila kumparan 1 dialiri arus maka saklar akan terhubung ke terminal A, sebaliknya jika kumparan 2 dialiri arus maka saklar akan terhubung ke terminal B. Analogi rangkaian relay yang digunakan adalah saat basis transistor ini dialiri arus maka transistor dalam keadaan tertutup yang dapat menghubungkan arus dari kolektor ke emiter yang mengakibatkan relay terhubung (Pasaribu, Syahrizal. 2013). Gambar 2.10. Simbol Relay (Sumber: repository.usu.ac.id) 2.5 Liquid Crystal Display (LCD) Liquid Crystal Display (LCD) adalah modul penampil yang banyak digunakan karena tampilannya menarik. LCD yang paling banyak digunakan saat ini ialah tipe LCD 2 baris 6 kolom dengan chipset HD44780. LCD 2 16 HD44780 merupakan modul LCD dengan tampilan 2 baris dan kolom dengan konsumsi daya rendah. Modul tersebut dilengkapi dengan mikrokontroler yang didesain khusus untuk mengendalikan LCD.
17 Untuk rangkaian interfacing, LCD 2 16 tidak bansyak memerlukan komponen pendukung. Hanya diperlukan satu variable resistor untuk memberi tegangan kontras pada matriks LCD. Dengan menggunakan Next System One, pemrograman untuk menampilkan karakter atau string ke LCD 2 16 sangat mudah karena didukung library yang telah disediakan oleh Next System ONE itu sendiri. Programmer tidak harus memahami karakteristik LCD secara mendalam, perintah tulis dan inisialisasi sudah disediakan oleh library dari Next System ONE. LCD 2 16 standard memiliki ruang memori untuk menyimpan 8 karakter khusus yang digunakan. Setiap karakter memiliki ukuran 5 8 piksel (Andrian, Lendra. 2010). Bentuk LCD dapat dilihat pada gambar dibawah ini: Gambar 2.11 Liquid Crystal Display (Sumber : Parralax.com) LCD dapat menampilkan karakter ASCII sehingga bisa menampilkan campuran huruf dan angka sekaligus berwarna ataupun tidak berwarna, hal ini disebabkan karena terdapat banyak titik cahaya (pixel) yang terdiri dari satu buah kristal cair sebagai sebuah titik cahaya. Modul LCD memiliki karekteristik sebagai berikut: 1. Terdapat 16x2 karakter huruf yang bisa ditampilkan 2. Terdiri dari 5x7 dot-matrix cursor. 3. Terdapat 192 macam karakter. 4. Terdapat 80x8 bit display RAM (Maksimal 80 karakter). 5. Memiliki kemampuan penulisan dengan 8 bit maupun dengan 4 bit. 6. Dibangin oleh osilator lokal 7. Satu sumber tegangan 5 volt. 8. Otomatis reset saat tegangan dihidupkan. 9. Bekerja pada suhu 0 C sampai 55 C (Manik, Sadarma. 2015)
18 Tabel 2.1 Konfigurasi Pin LCD 2.6 Flowchart Flowchart adalah simbol-simbol sederhana yang mewakili algoritma, ditulis dalam suatu aliran sesuai dengan tahapan algoritma (Surawidjaja & Trisnamurti, 1983). Flowchart menolong analisis dan programmer untuk memecahan masalah kedalam segmen-segmen yang lebih kecil dan menolong dalam menganalisis alternatif-alternatif lain dalam pengoperasian. Flowchart biasanya mempermudah penyelesaian suatu masalah khususnya masalah yang perlu dipelajari dan dievakuasi lebih lanjut (Adelia & Setiawan, J. 2011). Bila seorang analis dan programer akan membuat flowchart, ada beberapa petunjuk yang harus diperhatikan, antara lain: 1. Flowchart digambarkan dari halaman atas ke bawah dan dari kiri ke kanan.
19 2. Aktifitas yang digambarkan harus didefinisikan secara berhati-hati dan definisi ini harus dapat dimengerti oleh pembacanya. 3. Kapan aktifitas dimulai dan berakhir harus ditentukan secara jelas. 4. Setiap langkah dan aktifitas harus diuraikan dengan menggunakan kata kerja. 5. Setiap langkah dari aktifitas harus berada pada urutan yang benar. 6. Lingkungan dan range dari aktifitas yang sedang digambarkan harus ditelusuri dengan baik. 7. Gunakan simbol-simbol flowchart yang standar (Adelia & Setiawan, J. 2011). Flowchat dibagi atas lima jenis, yaitu : 1. Flowchart sistem. Flowchart ini merupakan bagan yang menunjukkan alur kerja atau apa yang sedang dikerjakan didalam sistem secara keseluruhan dan menjelaskan ururan dari prosedur yang ada didalam sistem. Dalam kata lain, flowchart ini merupakan deskripsi secara grafik dari urutan prosedur yang terkombinasi yang membentuk satu sistem. 2. Flowchart dokumen yaitu menelusuri alur dari data yang ditulis melalui sistem. Kegunaan utamanya adalah untuk menelusuri alur form dan laporan sistem dari satu bagian ke bagian lain dan bagaimana alur form diproses, dicatat dan disimpan. 3. Flowchart skematik. Flowchart ini digunakan sebagai alat komunikasi antara analis sistem dengan seseorang yang tidak familiar dengan simbol flowchart yang konvensional. Pemakaian gambar sebagai pengganti dari simbol flowchart. 4. Flowchart program merupakan keterangan yang lebih rinci tentang bagaimana setiap langkah program atau prosedur sesungguhnya dilaksanakan. Programmer menggunakan flowchart program untuk menggambarkan urutan intruksi dari program komputer. Analisis sistem menggunakannya untuk menggambarkan urutan tugas-tugas pekerjaan dalam suatu prosedur atau operasi. 5. Flowchart proses merupakan teknik penggambaran rekayasa industrial yang memecah dan menganalisis langkah-langkah selanjutnya dalam suatu prosedur atau sistem (Adelia & Setiawan, J. 2011).