Pengaman Rumah Multi Sensor Berbasis Arduino Uno dengan Komunikasi Ethernet
5
BAB 2 LANDASAN TEORI
Sistem ini terdiri dari dua unit yaitu komputer dan mikrokontroler arduino
uno dengan modul ethernet WIZ110SR, sensor, LED dan alarm. Arduino digunakan
sebagai papan mikrokontroler untuk mengendalikan semua bagian sistem dan
bertindak sebagai otak dari sistem. Modul ethernet WIZ110SR digunakan sebagai
pengirim data dari arduino uno kepada komputer. Komputer digunakan sebagai
penerima informasi untuk menerima tanggapan dan peringatan dari mikrokontroler.
Dalam hal ini penting untuk mengetahui prinsip kerja dari sensor dan perangkat
keras lainnya sebelum menggunakannya.
2.1 Platfrom Arduino Uno
Arduino uno adalah mikrokontroller single board yang bersifat open source,
diturunkan dari Wiring platform, yang dirancang untuk memudahkan penggunaan
elektronik dalam berbagai bidang. Hardware arduino uno memiliki prosesor Atmel
AVR dengan software yang memiliki bahasa pemrograman sendiri. Arduino
merupakan perangkat sederhana yang canggih dan didasarkan pada mikrokontroler
Atmel AT-mega. Perangkat lunak arduino didukung oleh Windows, dan sistem
operasi
Linux.
Bahasa
perangkat
lunak
didasarkan
pada
AVR,
bahasa
pemrogramannya adalah bahasa C dan dapat disederhanakan dengan tambahan
pustaka-pustaka arduino.
2.1.1 Board Arduino Uno
Arduino uno adalah sebuah board mikrokontroler yang didasarkan pada
ATmega 328. Arduino uno mempunyai 14 pin digital input/output, 6 di antaranya
dapat digunakan sebagai output PWM, dan 6 input analog, sebuah osilator kristal 16
mhz, koneksi USB, power jack, sebuah ICSP header, dan sebuat tombol reset. Untuk
menghubungkan arduino ke sebuah komputer dapat dilakukan dengan menggunakan
sebuah kabel USB dan untuk mensuplainya menggunakan sebuah adaptor AC ke DC
Universitas Sumatera Utara
6
atau dengan menggunakan baterai. Board arduino memiliki 32 KB memori flash
yang mana 0,5 KB digunakan oleh boot loader, 2 KB digunakan SRAM, 1 KB
EEPROM dan 16 MHz clock speed.
Gambar 1. Board arduino uno
Revisi 3 dari board arduino uno memiliki fitur-fitur baru sebagai berikut:
1. Pin output 1.0 ditambah pin SDA dan SCL yang dekat dengan pin AREF dan
dua pin baru lainnya yang diletakkan dekat dengan pin RESET, IOREF yang
memungkinkan shield-shield untuk menyesuaikan tegangan yang disediakan
dari board. Untuk ke depannya, shield akan dijadikan kompatibel dengan
board yang menggunakan AVR dan beroperasi dengan tegangan 5V dan
dengan arduino due yang beroperasi dengan tegangan 3.3V.
2. Sirkuit RESET yang lebih kuat.
3. AT-mega 16U2 menggantikan 8U2.
Uno berarti satu dalam bahasa Italia dan dinamai untuk menandakan keluaran
arduino 1.0 dan selanjutnya. Arduino uno adalah sebuah seri terakhir dari board
arduino USB. Board arduino uno dapat beroperasi pada sebuah suplai eksternal 6 V
sampai 20 V. Jika disuplai dengan yang lebih kecil dari 7 V, pin 5 V mungkin
mensuplai kecil dan board arduino uno menjadi tidak stabil. Jika menggunakan
suplai lebih dari besar 12 V, voltage regulator bisa kelebihan panas dan
membahayakan board arduino uno. Range yang sebaiknya digunakan adalah 7 V
sampai 12 V. Pin-pin dayanya adalah sebagai berikut:
1. VIN tegangan input ke arduino board ketika sedang menggunakan sumber
suplai eksternal seperti 5 V dari koneksi USB atau sumber tenaga lainnya yang
diatur.
2. 5 V pin output ini merupakan tegangan 5 V yang diatur dari regulator pada
board.
3. 3,3 V pin output ini merupakan tegangan 3,3 V yang diatur regulator pada
board. Arus maksimum yang dapat dilalui adalah 50 mA.
4. GND pin ground.
Universitas Sumatera Utara
7
2.1.2 Mikrokontroller ATmega 328
Mikrokontroler AVR (Alf and Vegard’s Risc processor) ATmega 328
menggunakan teknologi RISC (Reduce Instruction Set Computing) dimana program
berjalan lebih cepat karena hanya membutuhkan satu siklus clock untuk
mengeksekusi satu instruksi program. Mikrokontroler AVR ATmega 328 telah
dilengkapi dengan ADC internal, EEPROM internal, timer/counter, PWM, analog
comparator, dan lain-lain. Fitur-fitur yang dimiliki oleh mikrokontroler ATmega 328
adalah sebagai berikut :
1. Saluran input/output sebanyak 23 buah.
2. ADC internal sebanyak 6 saluran.
3. Tiga buah timer/counter dengan kemampuan pembandingan.
4. CPU terdiri atas 32 buah register serbaguna.
5. SRAM sebesar 2 KB.
6. Memori flash sebesar 32 KB dengan kemampuan read while write.
7. EEPROM sebesar 1 KB yang dapat diprogram saat operasi.
8. Antarmuka komparator analog.
9. Port USART untuk komunikasi serial.
10. Port antarmuka SPI.
11. Sistem mikroprosesor 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan maksimal 16
MHz.
12. Lima mode sleep: idle, ADC noise reduction, power save, power down, dan
standby.
13. Sumber interupsi external dan internal.
Central processing unit (CPU) adalah otak dari mikrokontroler yang
mengontrol eksekusi program. MCU (microcontroller unit) terdiri dari 4K/8K byte
pada sistem program flash dengan membaca saat menulis kemampuan 256/412/1Kb
EEPROM bersama dengan 512/1K/2Kb SRAM. Sebagai otak dari mikrokontroller
CPU dapat mengakses memori, melakukan kalkulasi, peripheral kontrol dan
menangani interupsi. AVR menggunakan arsitektur Harvard dengan memori yang
terpisah dan bus untuk program dan data. Prinsip pelaksanaan instruksi di memori
program adalah pengiriman singel level. Konsep pengambilan instruksi berikutnya
saat mengeksekusi satu instruksi memungkinkan instruksi yang akan dieksekusi
Universitas Sumatera Utara
8
dalam setiap siklus clock dan memori program dalam memori sistem program ulang
flash.
Arsitektur AVR CPU core fast access register file berisi 32 x 8 bit tujuan
umum register bekerja dengan waktu akses siklus tunggal yang menghasilkan satu
siklus ALU operasi. Aritmatika dan logis operasi antara register atau antara konstan
dan register didukung oleh ALU. Register status diperbarui untuk mengirimkan
informasi tentang hasil dari operasi setelah operasi aritmatika. Ukuran stack dibatasi
oleh ukuran total dan penggunaan SRAM. Data SRAM dapat diakses melalui lima
mode pengalamatan yang berbeda didukung dalam arsitektur AVR sedangkan stack
pointer membaca/menulis diakses di pada I/O.
2.2 Modul WIZ110SR
WIZ110SR merupakan modul serial to ethernet gateaway digunakan untuk
komunikasi menghubungkan antara komputer server dengan arduino. WIZ10SR
digunakan untuk mengubah data serial ke format TCP/IP (ethernet).WIZ110SR
mempunyai karakteristik sebagai berikut:
1. Berbasis W5100 & GC89L591A0.
2. Protokol TCP, UDP, ARP, ICMP, MAC.
3. Antarmuka ethernet 10/100 Mbps.
4. Antarmuka UART RS232, hingga 230 Kbps.
5. Catudaya 5V DC.
Gambar 2. Modul WIZ110SR
Dalam tabel berikut ini berisikan penjelasn mengenai spesifikasi dari modul
WIZ110SR.
Universitas Sumatera Utara
9
Tabel 1. Spesifikasi WIZ110SR
Item
MCU
Keterangan
Sesuai dengan 8051
(internal
26K
flash,
16K
SRAM,
AK
EEPROM)
TCP/IP
W5100 (sistem ethernet PHY)
Antarmuka jaringan
10/100 Mbs auto sensing konektor RJ-45
Antarmuka serial
RS-232
Signal serial
TXD, RXD, RTS, CTS, GND
Parity : none, even, odd
Parameter serial
Data bits : 7,8
Flow control : none, RTS/CTS, XON/XOFF
Kecepatan : hingga 230 Kbps
Tegangan masukan
DC 5V
Konsumsi arus
Dibawah 180Ma
Temperatur
Pengoperasian 0°C~80°C , penyimpanan
-40°C~85°
Kelembaban
10~90%
Dalam tabel berikut ini berisikan penjelasn mengenai pinout serial dari modul
WIZ110SR.
Tabel 2. Konfigurasi pinout modul WIZ110SR
Pin number
Signal
Descripstion
1
NC
Not Connected
2
RxD
Receive Data
3
TxD
Transmit Data
4
DTR
Data Terminal Ready
5
GND
Ground
6
DSR
Data Set Ready
7
RTS
Request To Send
8
CTS
Clear To Send
9
NC
Not Connected
Universitas Sumatera Utara
10
2.2.1 Network Mode WIZ110SR
Berikut ini adalah beberapa mode jaringan untuk modul ethernet WIZ110SR
yaitu:
A. TCP Server Mode
Dalam mode ini, WIZ110SR menunggu koneksi dari client. Mode ini sangat
berguna untuk memonitoring perangkat yang terhubung dengan WIZ110SR dimana
modul ini dipasang. Untuk menjalankan mode ini IP address, subnet, gateway dan
local port harus diisi karena ini adalah setting network dari server yang harus
diketahui client agar dapat terhubung ke server. Pada mode ini serial device dapat
berkomunikasi dengan beberapa ethernet device sekaligus.
B. TCP Client Mode
Dalam mode ini modul akan mencari server dan membuat koneksi ke server.
Untuk menjalankan mode ini IP address, subnet, gateway, dan local port harus diisi.
Perbedan client mode dengan setting server adalah ketika modul menjadi client,
maka kita harus mengetahui setting network dari server seperti IP address, subnet,
dan port. Sedangkan untuk server tidak perlu mengetahui setting network dari client.
Pada mode ini serial device hanya dapat berkomunikasi dengan satu ethernet device
yaitu server yang terhubung dengan modul ini.
C. Mixed Mode
Dalam mode ini modul awalnya akan tetap beroperasi seperti mode server dan
menunggu adanya koneksi dari client. Ketika ada client yang terhubung, maka modul
ini akan menjadi mode server biasa. Tetapi apabila ada data serial yang masuk
melalu port serial sebelum ada client yang terhubung maka modul ini akan berubah
menjadi mode client dan mencari server untuk menghubungkan koneksi.
2.2.2 Socket Test
Socket test adalah interface pada jaringan yang menjadi titik komunikasi
antar mesin pada Internet Protocol. Socket test terdiri dari elemen-elemen utama
yakni Protokol, Local IP, Local Port, Remote IP, Remote Port. Protokol yang
digunakan dalam socket test dengan TCP ataupun UDP. Terdapat perbedaan antara
UDP dengan TCP walaupun sama-sama berfungsi sebagai protokol pertukaran
Universitas Sumatera Utara
11
data.
UDP tidak memerlukan proses koneksi terlebih dahulu untuk dapat
mengirimkan data, data yang dikirimkan UDP bisa jadi melalui rute yang berbedabeda sehingga hasil yang diterima bisa jadi tidak berurutan. Sebaliknya stream
socket yang menggunakan TCP, jenis ini mengharuskan terjadinya koneksi terlebih
dahulu kemudian mengirimkan data secara berurutan, penerima juga dijamin akan
menerima data dengan urutan yang benar dimulai dari data pertama yang
dikirimkan hingga data terakhir.
Aplikasi socket test yang menggunakan TCP memerlukan pertukaran data
dua arah yang valid. Sedangkan aplikasi socket yang menggunakan UDP lebih
memprioritaskan pada pengumpulan data. Aplikasi socket dengan TCP sering
diterapkan untuk aplikasi chat transfer file ataupun transaksi-transaksi penting.
Sedangkan aplikasi socket dengan UDP cocok diterapkan untuk aplikasi
monitoring jaringan, game online dan aplikasi-aplikasi broadcast.
2.2.3 Konfigurasi Network
Konfigurasi network ditujukan untuk mengatur komunikasi antara modul
WIZ110SR dengan komputer.
Gambar 3. Konfigurasi network
Berikut ini adalah penjelasan dari gambar 3 layar editor konfigurasi network:
1. Menunjukkan versi firmware dari modul WIZ110SR.
2. Memonitor status dan pesan dari koneksi serial melalui terminal.
3. Menampilkan MAC address dari setiap modul WIZ110SR yang terhubung
dalam satu jaringan.
4. Mengisi alamat IP dan port yang diinginkan pada modul WIZ110SR.
5. Mengisi subnet mask dari modul WIZ110SR.
6. Mengisi alamat gateaway dari modul WIZ110SR.
Universitas Sumatera Utara
12
7. Mengisi alamat IP dari server ketika modul dalam mode client.
8. Mengisi alamat DNS server yang digunakan modul wiZ110SR.
9. Mengaktifkan DHCP server pada modul WIZ110SR.
10. Menggunakan mode UDP.
11. Memilih mode network dari modul WIZ110SR, yang tersedia dalam tiga
mode yaitu server mode, client mode dan mixed mode.
12. Pencarian langsung melalui IP.
2.2.4 Serial Konfigurasi
Serial konfigurasi ditujukan untuk mengatur kecepatan transfer data, data bit,
parity dan lain-lain.
Gambar 4. Konfigurasi serial
Berikut ini adalah penjelasan dari gambar 4 yaitu sebagai berikut :
1. Baudrate adalah kecepatan atau jumlah data yang dapat ditransfer dalam
satuan detik.
2. Databit adalah panjang data yang dikirim dalam satu kali transmisi.
3. Parity adalah bit tambahan yang digunakan untuk mengecek data yang
dikirim valid atau tidak.
4. Stop bit adalah bit penanda untuk transmisi data apabila sudah selesai.
5. Flow adalah pengaturan untuk mengatur aliran data baik melalui hardware
atau software.
2.3 Komunikasi Serial RS-232
Perangkat yang menggunakan kabel serial untuk komunikasi dibagi menjadi
dua kategori. Yaitu DCE (data communications equipment) dan DTE (data terminal
Universitas Sumatera Utara
13
equipment). Komunikasi serial merupakan hal yang penting dalam sistem ini, karena
dengan komunikasi serial dapat dengan mudah menghubungkan arduino uno dengan
modul ethernet WIZ110SR.
Port serial pada arduino uno terdiri atas dua pin yaitu RX dan TX. RX berfungsi
untuk mengirim data dari komputer atau perangkat lainnya, standar komunikasi serial
untuk komputer adalah RS-232. RS-232 mempunyai standar tegangan yang berbeda
dengan serial port arduino uno, sehingga agar sesuai dengan RS-232 maka
dibutuhkan suatu rangkaian level converter, IC yang digunakan bermacam-macam,
namun dalam penelitian kali ini menggunakan modul MAX-3232. Pada arduino uno
pin digital 0 dan 1 digunakan untuk komunikasi serial USART (universal syncronous
and asyncronous seial receiver and transmitter) yang mendukung komunikasi full
duplex komunikasi 2 arah.
Modul MAX-3232 adalah komponen yang digunakan untuk mengubah sinyal
dari RS-232 ke sinyal TTL dan sinyal RS-232 ke sinyal TTL yang bisa diolah oleh
arduino uno.
Gambar 5. Modul MAX-3232
Tabel 3. Fungsi masing-masing pin modul MAX-3232
PIN
Keterangan
RX
Output data logika ke UART
TX
Input data logika dari UART
GND
Ground
VCC
Tegangan masukan, terhubung ke sumber daya keluaran 5V
Pada prinsipnya, komunikasi serial ialah komunikasi dimana pengiriman data
dilakukan per bit, sehingga lebih lambat dibandingkan komunikasi parallel. Beberapa
contoh komunikasi serial ialah mouse, scanner, dan sistem akuisisi data yang
terhubung ke port digital 0 dan 1. Berikut adalah gambaran dari konektor RS-232.
Universitas Sumatera Utara
14
Gambar 6. Konektor RS-232
Serial port RS-232 berfungsi untuk menghubungkan perangkat yang satu
dengan perangkat yang lain, atau peralatan standar yang menyangkut komunikasi
data antara komputer dengan alat pelengkap komputer. Serial port RS-232 pada
konektor DB9 memiliki 9 buah berikut ini adalah fungsi dari masing-masing pin
pada konektor DB9 yaitu:
Tabel 4. Fungsi masing-masing konektor RS-232 pin DB9
Pin DB9
Keterangan
Fungsi
Saat perangkat mendekati suatu carier,
Pin 1
CD (Carrier Detect)
dari perangkat lain, maka sinyal ini
akan di aktifkan
Pin 2
RD (Receive Data)
Untuk penerimaan data serial (RDX)
Pin 3
TD (Transmit Data)
Untuk pengiriman data serial (TDX)
Pin 4
Pin 5
DTR (Data Terminal Untuk memberitahukan bahwa UART
Ready)
siap melakukan pertukaran data
SG (Signal Ground)
Dihubungkan ke ground
Memberitahukan
Pin 6
DSR (Data Set Ready)
perangkat
UART
siap
untuk
bahwa
melakukan
pertukaran data
Sinyal
Pin 7
untuk
RTS (Request To Send) perangkat
menginformasikan
bahwa
UART
siap
melakukan pertukaran data
Digunakan
Pin 8
CTS (Clear To Send)
bahwa
untuk
perangkat
memberitahukan
siap
untuk
melakukan pertukaran data
Pin 9
RI (Ring Indikator)
Akan aktif jika ada sinyal masuk
Universitas Sumatera Utara
15
2.3.1 Konektor R-J45
Konektor RJ-45 adalah penghubung atau konektor kabel Ethernet yang
digunakan dalam jaringan. Konektor RJ-45 digunakan untuk jaringan telekomunikasi
maupun jaringan internet. RJ ini merupakan konektor standar untuk jaringan lokal
seperti LAN maupun jaringan lainnya. Konektor RJ-45 biasanya terdapat pada ujung
kabel dari UTP (unshielded twisted pair) yang menghubungkannya ke pemancar
penerima (transceiver). Konektor RJ-45 akan menghubungkan kabel UTP dengan
transceiver.
Gambar 7. Konektor RJ-45
Konektor RJ-45 bisa menghubungkan dua atau lebih jaringan. Untuk
menghubungkan dua jaringan pemasangan harus menggunakan kabel cross over,
sementara jika menghubungakan lebih dari dua jaringan harus menggunakan
kabel straight through.
2.4 Sensor
Sensor adalah komponen atau perangkat yang tujuannya mendeteksi kejadian
atau perubahan lingkungan sekitarnya dan menghasilkan output sesuai fungsinya.
Pengertian sensor dalam sebuah sistem elektronika adalah sebuah sirkuit yang bisa
menerima suatu masukan misalnya cahaya, gerakan dan lain-lain yang akan diubah
menjadi energi listrik dan diproses untuk menghasilkan sebuah keluaran output.
2.4.1 Sensor Temperatur dan Kelembaban (DHT-22)
Sensor DHT-22 juga dikenal sebagai AM-2302 adalah sensor suhu dan
kelembaban yang terkalibrasi secara akurat dengan kompensasi suhu diruangan
penyesuaian dengan nilai koefisien kalibrasi dengan keluaran yang berupa sinyal
Universitas Sumatera Utara
16
digital sensor ini mampu mentransmisikan sinyal keluaran melewati kabel yang
panjangnya hingga 20 meter.
Gambar 8. Sensor DHT-22
Spesifikasi Teknis DHT-22/ AM-2302:
1. Rentang catu daya: 3,3 - 6 Volt DC.
2. Konsumsi arus pada saat pengukuran antara 1 hingga 1,5 mA.
3. Konsumsi arus pada mode siaga antara 40-50 µA.
4. Sinyal keluaran: digital lewat bus tunggal dengan kecepatan 5 ms.
5. Elemen pendeteksi: kapasitor polimer.
6. Jenis sensor: kapasitif.
7. Rentang deteksi kelembapan: 0-100% RH (akurasi ±2% RH).
8. Rentang deteksi suhu: -40° ~ +80° Celcius (akurasi ±0,5°C).
9. Resolusi sensitivitas: 0,1%RH; 0,1°C.
10. Pengulangan: ±1% RH; ±0,2°C.
11. Histeresis kelembapan: ±0,3% RH.
12. Stabilitas jangka panjang: ±0,5% RH/ tahun.
13. Periode pemindaian rata-rata: 2 detik.
14. Ukuran: 25,1 x 15,1 x 7,7 mm.
2.4.2 Sensor gerakan (PIR)
Sensor PIR (passive infra red) adalah sensor yang digunakan untuk
mendeteksi adanya pancaran sinar infra merah. Sensor PIR bersifat pasif, artinya
sensor ini tidak memancarkan sinar infra merah tetapi hanya menerima radiasi sinar
infra merah dari luar. Sensor ini digunakan dalam perancangan detektor gerakan
berbasis PIR. Karena semua benda memancarkan energi radiasi, sebuah gerakan
akan terdeteksi ketika sumber infra merah dengan suhu tertentu (misal: manusia)
melewati sumber infra merah yang lain dengan suhu yang berbeda (misal: dinding),
Universitas Sumatera Utara
17
maka sensor akan membandingkan pancaran infra merah yang diterima setiap satuan
waktu, sehingga jika ada pergerakan maka akan terjadi perubahan pembacaan pada
sensor. Pada umumnya sensor PIR memiliki jangkauan pembacaan efektif hingga 5
meter, dan sensor ini sangat efektif digunakan sebagai deteksi gerakan manusia.
Sensor PIR terdiri dari beberapa bagian yaitu :
1. Fresnel Lens
Lensa Fresnel pertama kali digunakan pada tahun 1980. Digunakan sebagai
lensa yang memfokuskan sinar pada lampu mercusuar. Penggunaan paling luas
pada lensa fresnel adalah pada lampu depan mobil, di mana berkas parallel
secara kasar dari pemantul parabola dibentuk untuk memenuhi persyaratan pola
sorotan utama. Namun kini, lensa fresnel pada mobil telah ditiadakan dan diganti
dengan lensa plain polikarbonat. Lensa fresnel juga berguna dalam pembuatan
film, tidak hanya karena kemampuannya untuk memfokuskan sinar terang, tetapi
juga karena intensitas cahaya yang relatif konstan diseluruh lebar berkas cahaya.
2. IR Filter
IR Filter pada modul sensor PIR ini mampu menyaring panjang gelombang sinar
infrared pasif antara 8 mikrometer sampai 14 mikrometer, sehingga panjang
gelombang yang dihasilkan dari tubuh manusia yang berkisar antara 9
mikrometer sampai 10 mikrometer dapat dideteksi oleh sensor.
3. Pyroelectric Sensor
Tubuh manusia yang memiliki suhu kira-kira 32 0C, yang merupakan suhu panas
yang khas yang terdapat pada lingkungan. Pancaran sinar inframerah inilah yang
kemudian ditangkap oleh pyroelectric sensor yang merupakan inti dari sensor
PIR ini sehingga menyebabkan pyroelectic sensor menghasilkan arus listrik
karena adanya energi panas yang dibawa oleh infared pasif tersebut.
4. Amplifier
Sebuah sirkuit amplifier yang ada menguatkan arus yang masuk pada material
pyroelectric.
Gambar 9. Sensor PIR
Universitas Sumatera Utara
18
Cara kerja pembacaan sensor PIR yakni pancaran infra merah masuk melalui
lensa fresnel dan mengenai sensor pyroelektrik, karena sinar infra merah
mengandung energi panas maka sensor pyroelektrik akan menghasilkan arus listrik.
Arus listrik inilah yang akan menimbulkan tegangan dan dibaca secara analog oleh
sensor. Kemudian sinyal ini akan dikuatkan oleh penguat dan dibandingkan oleh
komparator dengan tegangan referensi tertentu (keluaran berupa sinyal 1-bit). Jadi
sensor PIR hanya akan mengeluarkan logika 0 dan 1, 0 saat sensor tidak mendeteksi
adanya pancaran infra merah dan 1 saat sensor mendeteksi infra merah. Sensor PIR
didesain dan dirancang hanya mendeteksi pancaran infra merah dengan panjang
gelombang berkisar 8 mikrometer sampai 14 mikrometer. Diluar panjang gelombang
tersebut sensor tidak akan mendeteksinya. Untuk manusia sendiri memiliki suhu
badan yang dapat menghasilkan pancaran infra merah dengan panjang gelombang
antara 9 mikrometer sampai 10 mikrometer (nilai standar 9,4 mikrometer), panjang
gelombang tersebut dapat terdeteksi oleh sensor PIR. Secara umum sensor PIR
memang dirancang untuk mendeteksi manusia.
2.4.3 Sensor Cahaya (LDR)
LDR (light dependent resistor), ialah jenis resistor yang hambatannya
berubah karena pengaruh cahaya. Bila cahaya gelap nilai tahanannya semakin besar,
sedangkan cahayanya terang nilainya menjadi semakin kecil. LDR adalah jenis
resistor yang biasa digunakan sebagai detector cahaya atau pengukur besaran
konversi cahaya. Light dependent resistor, terdiri dari sebuah cakram semikonduktor
yang mempunyai dua buah elekrtroda pada permukaannya.
Nilai tahanan LDR berubah seiring dengan perubahan intensitas cahaya yang
mengenainya. Dalam keadaan gelap resistansi LDR sekitar 10 MΩ
dan dalam
keadaan terang sebesar 1 kΩ atau kurang. LDR terbuat dari bahan semikonduktor
seperti cadmium sulfide. Dengan bahan ini energi dari cahaya yang jatuh
menyebabkan lebih banyak muatan yang dilepas atau arus listrik meningkat. Artinya
resistansi bahan telah mengalami penurunan. LDR digunakan untuk mengubah
energi cahaya menjadi energi listrik. Dalam penelitian ini sensor LDR digunakan
untuk menghidupkan dan mematikan lampu led secara otomatis dengan
Universitas Sumatera Utara
19
menggunakan settingan dalam program terhadap nilai kecerahan yang diterima oleh
sensor. Karakteristik sensor cahaya LDR (light dependent resistor):
1. Laju recovery sensor cahaya LDR (light dependent resistor)
Laju recovery merupakan suatu ukuran praktis dan suatu kenaikan nilai
resistansi dalam waktu tertentu. Harga ini ditulis dalam K/s, untuk LDR tipe
arus nilainya lebih besar dari 200 KΩ /s (selama 20 ms pertama mulai dari
level cahaya 100 lux), kecepatan tersebut akan lebih tinggi pada arah
sebaliknya, yaitu pindah dari tempat gelap ke tempat terang yang memerlukan
waktu kurang dari 10 ms untuk mencapai resistansi yang sesuai dengan level
cahaya 400 lux.
2.
Respon spektral sensor cahaya LDR (light dependent resistor)
Respon spektral sensor cahaya yaitu dimana LDR tidak mempunyai sensitivitas
yang sama untuk setiap panjang gelombang cahaya (warna) yang jatuh
padanya. 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
mempunyai daya hantar yang baik.
Gambar 10. Sensor LDR
Prinsip kerja LDR yaitu pada saat gelap atau cahaya redup, bahan dari cakram
tersebut menghasilkan elektron bebas dengan jumlah yang relatif kecil. Sehingga
hanya ada sedikit elektron untuk mengangkut muatan elektrit. Artinya pada saat
cahaya redup, LDR menjadi konduktor yang buruk, atau bisa disebut juga LDR
memiliki resistansi yang besar pada saat gelap atau cahaya redup. Pada saat cahaya
terang, ada lebih banyak elektron yang lepas dari atom bahan semikonduktor
tersebut. Sehingga akan lebih banyak elektron untuk mengangkut muatan elektrit.
Artinya pada saat cahaya terang, LDR menjadi konduktor yang baik, atau bisa
disebut juga LDR memiliki resistansi kecil pada saat cahaya terang. Hasil pengujian
Universitas Sumatera Utara
20
LDR ditunjukkan pada gambar (4.7) dan gambar (4.8), nilai lux LDR dihitung dengan
menggunakan persamaan sebagai berikut:
Vout = adc_read ()*0.0048828125
(1)
Lux
(2)
= 500/ ((10.7639*[(5-Vout)])/ Vout)]
RLDR = [10000* (5-Vout)]/Vout]
(3)
(V.V.Rangi, 2014)
2.4.4 Sensor Asap dan Gas (MQ-2)
Sensor MQ-2 adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi gas LPG,
butana, propana, metana, alkohol, asap dan hidrogen. Inti dari MQ-2 adalah material
yang sensitif terhadap konsentrasi gas yang tersusun dari senyawa SnO2 atau lebih
dikenal dengan istilah timah oksida. Material ini memiliki karakteristik yang mana
konduktivitasnya akan berubah seiring dengan perubahan konsentrasi gas
disekitarnya.
Pada intinya sensor MQ-2 akan mengeluarkan tegangan analog yang
merupakan nilai konsentrasi gas disekitarnya yang mana pada penelitian kali ini
tegangan analog tersebut akan dihubungkan pada pin analog arduino dan
mengkonversinya ke bilangan digital. Sensor ini digunakan untuk mendeteksi
kemungkinan adanya asap yang besar dan memusat yang dapat mengindikasikan
kebakaran pada batas ambang yang diberikan maka alarm akan dihidupkan sebagai
tanda akan adanya asap yang melebihi batasannya.
Gambar 11. Sensor MQ-2
Tingkat sensitivitas sensor MQ-2 untuk masing-masing tipe gas hidrokarbon yaitu:
1. LPG dan propana: 200-5000 ppm
2. I-butana: 300-5.000 ppm
3. Metana: 5.000-20.000 ppm
Universitas Sumatera Utara
21
4. Hidrogen: 300-5.000 ppm
5. Etanol/ alkohol: 100-2.000 ppm
Hasil pengujian MQ-2 ditunjukkan pada gambar (4.9), nilai PPM MQ-2 dihitung
dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:
Detection range
= 300-10.000 PPM
Sensor resistance = 2 KΩ - 20 KΩ
(4)
(5)
Load resistance :10 KΩ
V out : 0,5 Volt
Detection range sensor MQ-2 10.000-300 = 9700
(6)
Niilai ADC yang dihasilkan sensor MQ-2 = 0-1023
(7)
Nilai PPM/ADC : 9,4819159335.
PPM sensor gas MQ-2 = 300+(Adc x 9,4819159335)
(8)
(Sri Marini)
Universitas Sumatera Utara
BAB 2 LANDASAN TEORI
Sistem ini terdiri dari dua unit yaitu komputer dan mikrokontroler arduino
uno dengan modul ethernet WIZ110SR, sensor, LED dan alarm. Arduino digunakan
sebagai papan mikrokontroler untuk mengendalikan semua bagian sistem dan
bertindak sebagai otak dari sistem. Modul ethernet WIZ110SR digunakan sebagai
pengirim data dari arduino uno kepada komputer. Komputer digunakan sebagai
penerima informasi untuk menerima tanggapan dan peringatan dari mikrokontroler.
Dalam hal ini penting untuk mengetahui prinsip kerja dari sensor dan perangkat
keras lainnya sebelum menggunakannya.
2.1 Platfrom Arduino Uno
Arduino uno adalah mikrokontroller single board yang bersifat open source,
diturunkan dari Wiring platform, yang dirancang untuk memudahkan penggunaan
elektronik dalam berbagai bidang. Hardware arduino uno memiliki prosesor Atmel
AVR dengan software yang memiliki bahasa pemrograman sendiri. Arduino
merupakan perangkat sederhana yang canggih dan didasarkan pada mikrokontroler
Atmel AT-mega. Perangkat lunak arduino didukung oleh Windows, dan sistem
operasi
Linux.
Bahasa
perangkat
lunak
didasarkan
pada
AVR,
bahasa
pemrogramannya adalah bahasa C dan dapat disederhanakan dengan tambahan
pustaka-pustaka arduino.
2.1.1 Board Arduino Uno
Arduino uno adalah sebuah board mikrokontroler yang didasarkan pada
ATmega 328. Arduino uno mempunyai 14 pin digital input/output, 6 di antaranya
dapat digunakan sebagai output PWM, dan 6 input analog, sebuah osilator kristal 16
mhz, koneksi USB, power jack, sebuah ICSP header, dan sebuat tombol reset. Untuk
menghubungkan arduino ke sebuah komputer dapat dilakukan dengan menggunakan
sebuah kabel USB dan untuk mensuplainya menggunakan sebuah adaptor AC ke DC
Universitas Sumatera Utara
6
atau dengan menggunakan baterai. Board arduino memiliki 32 KB memori flash
yang mana 0,5 KB digunakan oleh boot loader, 2 KB digunakan SRAM, 1 KB
EEPROM dan 16 MHz clock speed.
Gambar 1. Board arduino uno
Revisi 3 dari board arduino uno memiliki fitur-fitur baru sebagai berikut:
1. Pin output 1.0 ditambah pin SDA dan SCL yang dekat dengan pin AREF dan
dua pin baru lainnya yang diletakkan dekat dengan pin RESET, IOREF yang
memungkinkan shield-shield untuk menyesuaikan tegangan yang disediakan
dari board. Untuk ke depannya, shield akan dijadikan kompatibel dengan
board yang menggunakan AVR dan beroperasi dengan tegangan 5V dan
dengan arduino due yang beroperasi dengan tegangan 3.3V.
2. Sirkuit RESET yang lebih kuat.
3. AT-mega 16U2 menggantikan 8U2.
Uno berarti satu dalam bahasa Italia dan dinamai untuk menandakan keluaran
arduino 1.0 dan selanjutnya. Arduino uno adalah sebuah seri terakhir dari board
arduino USB. Board arduino uno dapat beroperasi pada sebuah suplai eksternal 6 V
sampai 20 V. Jika disuplai dengan yang lebih kecil dari 7 V, pin 5 V mungkin
mensuplai kecil dan board arduino uno menjadi tidak stabil. Jika menggunakan
suplai lebih dari besar 12 V, voltage regulator bisa kelebihan panas dan
membahayakan board arduino uno. Range yang sebaiknya digunakan adalah 7 V
sampai 12 V. Pin-pin dayanya adalah sebagai berikut:
1. VIN tegangan input ke arduino board ketika sedang menggunakan sumber
suplai eksternal seperti 5 V dari koneksi USB atau sumber tenaga lainnya yang
diatur.
2. 5 V pin output ini merupakan tegangan 5 V yang diatur dari regulator pada
board.
3. 3,3 V pin output ini merupakan tegangan 3,3 V yang diatur regulator pada
board. Arus maksimum yang dapat dilalui adalah 50 mA.
4. GND pin ground.
Universitas Sumatera Utara
7
2.1.2 Mikrokontroller ATmega 328
Mikrokontroler AVR (Alf and Vegard’s Risc processor) ATmega 328
menggunakan teknologi RISC (Reduce Instruction Set Computing) dimana program
berjalan lebih cepat karena hanya membutuhkan satu siklus clock untuk
mengeksekusi satu instruksi program. Mikrokontroler AVR ATmega 328 telah
dilengkapi dengan ADC internal, EEPROM internal, timer/counter, PWM, analog
comparator, dan lain-lain. Fitur-fitur yang dimiliki oleh mikrokontroler ATmega 328
adalah sebagai berikut :
1. Saluran input/output sebanyak 23 buah.
2. ADC internal sebanyak 6 saluran.
3. Tiga buah timer/counter dengan kemampuan pembandingan.
4. CPU terdiri atas 32 buah register serbaguna.
5. SRAM sebesar 2 KB.
6. Memori flash sebesar 32 KB dengan kemampuan read while write.
7. EEPROM sebesar 1 KB yang dapat diprogram saat operasi.
8. Antarmuka komparator analog.
9. Port USART untuk komunikasi serial.
10. Port antarmuka SPI.
11. Sistem mikroprosesor 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan maksimal 16
MHz.
12. Lima mode sleep: idle, ADC noise reduction, power save, power down, dan
standby.
13. Sumber interupsi external dan internal.
Central processing unit (CPU) adalah otak dari mikrokontroler yang
mengontrol eksekusi program. MCU (microcontroller unit) terdiri dari 4K/8K byte
pada sistem program flash dengan membaca saat menulis kemampuan 256/412/1Kb
EEPROM bersama dengan 512/1K/2Kb SRAM. Sebagai otak dari mikrokontroller
CPU dapat mengakses memori, melakukan kalkulasi, peripheral kontrol dan
menangani interupsi. AVR menggunakan arsitektur Harvard dengan memori yang
terpisah dan bus untuk program dan data. Prinsip pelaksanaan instruksi di memori
program adalah pengiriman singel level. Konsep pengambilan instruksi berikutnya
saat mengeksekusi satu instruksi memungkinkan instruksi yang akan dieksekusi
Universitas Sumatera Utara
8
dalam setiap siklus clock dan memori program dalam memori sistem program ulang
flash.
Arsitektur AVR CPU core fast access register file berisi 32 x 8 bit tujuan
umum register bekerja dengan waktu akses siklus tunggal yang menghasilkan satu
siklus ALU operasi. Aritmatika dan logis operasi antara register atau antara konstan
dan register didukung oleh ALU. Register status diperbarui untuk mengirimkan
informasi tentang hasil dari operasi setelah operasi aritmatika. Ukuran stack dibatasi
oleh ukuran total dan penggunaan SRAM. Data SRAM dapat diakses melalui lima
mode pengalamatan yang berbeda didukung dalam arsitektur AVR sedangkan stack
pointer membaca/menulis diakses di pada I/O.
2.2 Modul WIZ110SR
WIZ110SR merupakan modul serial to ethernet gateaway digunakan untuk
komunikasi menghubungkan antara komputer server dengan arduino. WIZ10SR
digunakan untuk mengubah data serial ke format TCP/IP (ethernet).WIZ110SR
mempunyai karakteristik sebagai berikut:
1. Berbasis W5100 & GC89L591A0.
2. Protokol TCP, UDP, ARP, ICMP, MAC.
3. Antarmuka ethernet 10/100 Mbps.
4. Antarmuka UART RS232, hingga 230 Kbps.
5. Catudaya 5V DC.
Gambar 2. Modul WIZ110SR
Dalam tabel berikut ini berisikan penjelasn mengenai spesifikasi dari modul
WIZ110SR.
Universitas Sumatera Utara
9
Tabel 1. Spesifikasi WIZ110SR
Item
MCU
Keterangan
Sesuai dengan 8051
(internal
26K
flash,
16K
SRAM,
AK
EEPROM)
TCP/IP
W5100 (sistem ethernet PHY)
Antarmuka jaringan
10/100 Mbs auto sensing konektor RJ-45
Antarmuka serial
RS-232
Signal serial
TXD, RXD, RTS, CTS, GND
Parity : none, even, odd
Parameter serial
Data bits : 7,8
Flow control : none, RTS/CTS, XON/XOFF
Kecepatan : hingga 230 Kbps
Tegangan masukan
DC 5V
Konsumsi arus
Dibawah 180Ma
Temperatur
Pengoperasian 0°C~80°C , penyimpanan
-40°C~85°
Kelembaban
10~90%
Dalam tabel berikut ini berisikan penjelasn mengenai pinout serial dari modul
WIZ110SR.
Tabel 2. Konfigurasi pinout modul WIZ110SR
Pin number
Signal
Descripstion
1
NC
Not Connected
2
RxD
Receive Data
3
TxD
Transmit Data
4
DTR
Data Terminal Ready
5
GND
Ground
6
DSR
Data Set Ready
7
RTS
Request To Send
8
CTS
Clear To Send
9
NC
Not Connected
Universitas Sumatera Utara
10
2.2.1 Network Mode WIZ110SR
Berikut ini adalah beberapa mode jaringan untuk modul ethernet WIZ110SR
yaitu:
A. TCP Server Mode
Dalam mode ini, WIZ110SR menunggu koneksi dari client. Mode ini sangat
berguna untuk memonitoring perangkat yang terhubung dengan WIZ110SR dimana
modul ini dipasang. Untuk menjalankan mode ini IP address, subnet, gateway dan
local port harus diisi karena ini adalah setting network dari server yang harus
diketahui client agar dapat terhubung ke server. Pada mode ini serial device dapat
berkomunikasi dengan beberapa ethernet device sekaligus.
B. TCP Client Mode
Dalam mode ini modul akan mencari server dan membuat koneksi ke server.
Untuk menjalankan mode ini IP address, subnet, gateway, dan local port harus diisi.
Perbedan client mode dengan setting server adalah ketika modul menjadi client,
maka kita harus mengetahui setting network dari server seperti IP address, subnet,
dan port. Sedangkan untuk server tidak perlu mengetahui setting network dari client.
Pada mode ini serial device hanya dapat berkomunikasi dengan satu ethernet device
yaitu server yang terhubung dengan modul ini.
C. Mixed Mode
Dalam mode ini modul awalnya akan tetap beroperasi seperti mode server dan
menunggu adanya koneksi dari client. Ketika ada client yang terhubung, maka modul
ini akan menjadi mode server biasa. Tetapi apabila ada data serial yang masuk
melalu port serial sebelum ada client yang terhubung maka modul ini akan berubah
menjadi mode client dan mencari server untuk menghubungkan koneksi.
2.2.2 Socket Test
Socket test adalah interface pada jaringan yang menjadi titik komunikasi
antar mesin pada Internet Protocol. Socket test terdiri dari elemen-elemen utama
yakni Protokol, Local IP, Local Port, Remote IP, Remote Port. Protokol yang
digunakan dalam socket test dengan TCP ataupun UDP. Terdapat perbedaan antara
UDP dengan TCP walaupun sama-sama berfungsi sebagai protokol pertukaran
Universitas Sumatera Utara
11
data.
UDP tidak memerlukan proses koneksi terlebih dahulu untuk dapat
mengirimkan data, data yang dikirimkan UDP bisa jadi melalui rute yang berbedabeda sehingga hasil yang diterima bisa jadi tidak berurutan. Sebaliknya stream
socket yang menggunakan TCP, jenis ini mengharuskan terjadinya koneksi terlebih
dahulu kemudian mengirimkan data secara berurutan, penerima juga dijamin akan
menerima data dengan urutan yang benar dimulai dari data pertama yang
dikirimkan hingga data terakhir.
Aplikasi socket test yang menggunakan TCP memerlukan pertukaran data
dua arah yang valid. Sedangkan aplikasi socket yang menggunakan UDP lebih
memprioritaskan pada pengumpulan data. Aplikasi socket dengan TCP sering
diterapkan untuk aplikasi chat transfer file ataupun transaksi-transaksi penting.
Sedangkan aplikasi socket dengan UDP cocok diterapkan untuk aplikasi
monitoring jaringan, game online dan aplikasi-aplikasi broadcast.
2.2.3 Konfigurasi Network
Konfigurasi network ditujukan untuk mengatur komunikasi antara modul
WIZ110SR dengan komputer.
Gambar 3. Konfigurasi network
Berikut ini adalah penjelasan dari gambar 3 layar editor konfigurasi network:
1. Menunjukkan versi firmware dari modul WIZ110SR.
2. Memonitor status dan pesan dari koneksi serial melalui terminal.
3. Menampilkan MAC address dari setiap modul WIZ110SR yang terhubung
dalam satu jaringan.
4. Mengisi alamat IP dan port yang diinginkan pada modul WIZ110SR.
5. Mengisi subnet mask dari modul WIZ110SR.
6. Mengisi alamat gateaway dari modul WIZ110SR.
Universitas Sumatera Utara
12
7. Mengisi alamat IP dari server ketika modul dalam mode client.
8. Mengisi alamat DNS server yang digunakan modul wiZ110SR.
9. Mengaktifkan DHCP server pada modul WIZ110SR.
10. Menggunakan mode UDP.
11. Memilih mode network dari modul WIZ110SR, yang tersedia dalam tiga
mode yaitu server mode, client mode dan mixed mode.
12. Pencarian langsung melalui IP.
2.2.4 Serial Konfigurasi
Serial konfigurasi ditujukan untuk mengatur kecepatan transfer data, data bit,
parity dan lain-lain.
Gambar 4. Konfigurasi serial
Berikut ini adalah penjelasan dari gambar 4 yaitu sebagai berikut :
1. Baudrate adalah kecepatan atau jumlah data yang dapat ditransfer dalam
satuan detik.
2. Databit adalah panjang data yang dikirim dalam satu kali transmisi.
3. Parity adalah bit tambahan yang digunakan untuk mengecek data yang
dikirim valid atau tidak.
4. Stop bit adalah bit penanda untuk transmisi data apabila sudah selesai.
5. Flow adalah pengaturan untuk mengatur aliran data baik melalui hardware
atau software.
2.3 Komunikasi Serial RS-232
Perangkat yang menggunakan kabel serial untuk komunikasi dibagi menjadi
dua kategori. Yaitu DCE (data communications equipment) dan DTE (data terminal
Universitas Sumatera Utara
13
equipment). Komunikasi serial merupakan hal yang penting dalam sistem ini, karena
dengan komunikasi serial dapat dengan mudah menghubungkan arduino uno dengan
modul ethernet WIZ110SR.
Port serial pada arduino uno terdiri atas dua pin yaitu RX dan TX. RX berfungsi
untuk mengirim data dari komputer atau perangkat lainnya, standar komunikasi serial
untuk komputer adalah RS-232. RS-232 mempunyai standar tegangan yang berbeda
dengan serial port arduino uno, sehingga agar sesuai dengan RS-232 maka
dibutuhkan suatu rangkaian level converter, IC yang digunakan bermacam-macam,
namun dalam penelitian kali ini menggunakan modul MAX-3232. Pada arduino uno
pin digital 0 dan 1 digunakan untuk komunikasi serial USART (universal syncronous
and asyncronous seial receiver and transmitter) yang mendukung komunikasi full
duplex komunikasi 2 arah.
Modul MAX-3232 adalah komponen yang digunakan untuk mengubah sinyal
dari RS-232 ke sinyal TTL dan sinyal RS-232 ke sinyal TTL yang bisa diolah oleh
arduino uno.
Gambar 5. Modul MAX-3232
Tabel 3. Fungsi masing-masing pin modul MAX-3232
PIN
Keterangan
RX
Output data logika ke UART
TX
Input data logika dari UART
GND
Ground
VCC
Tegangan masukan, terhubung ke sumber daya keluaran 5V
Pada prinsipnya, komunikasi serial ialah komunikasi dimana pengiriman data
dilakukan per bit, sehingga lebih lambat dibandingkan komunikasi parallel. Beberapa
contoh komunikasi serial ialah mouse, scanner, dan sistem akuisisi data yang
terhubung ke port digital 0 dan 1. Berikut adalah gambaran dari konektor RS-232.
Universitas Sumatera Utara
14
Gambar 6. Konektor RS-232
Serial port RS-232 berfungsi untuk menghubungkan perangkat yang satu
dengan perangkat yang lain, atau peralatan standar yang menyangkut komunikasi
data antara komputer dengan alat pelengkap komputer. Serial port RS-232 pada
konektor DB9 memiliki 9 buah berikut ini adalah fungsi dari masing-masing pin
pada konektor DB9 yaitu:
Tabel 4. Fungsi masing-masing konektor RS-232 pin DB9
Pin DB9
Keterangan
Fungsi
Saat perangkat mendekati suatu carier,
Pin 1
CD (Carrier Detect)
dari perangkat lain, maka sinyal ini
akan di aktifkan
Pin 2
RD (Receive Data)
Untuk penerimaan data serial (RDX)
Pin 3
TD (Transmit Data)
Untuk pengiriman data serial (TDX)
Pin 4
Pin 5
DTR (Data Terminal Untuk memberitahukan bahwa UART
Ready)
siap melakukan pertukaran data
SG (Signal Ground)
Dihubungkan ke ground
Memberitahukan
Pin 6
DSR (Data Set Ready)
perangkat
UART
siap
untuk
bahwa
melakukan
pertukaran data
Sinyal
Pin 7
untuk
RTS (Request To Send) perangkat
menginformasikan
bahwa
UART
siap
melakukan pertukaran data
Digunakan
Pin 8
CTS (Clear To Send)
bahwa
untuk
perangkat
memberitahukan
siap
untuk
melakukan pertukaran data
Pin 9
RI (Ring Indikator)
Akan aktif jika ada sinyal masuk
Universitas Sumatera Utara
15
2.3.1 Konektor R-J45
Konektor RJ-45 adalah penghubung atau konektor kabel Ethernet yang
digunakan dalam jaringan. Konektor RJ-45 digunakan untuk jaringan telekomunikasi
maupun jaringan internet. RJ ini merupakan konektor standar untuk jaringan lokal
seperti LAN maupun jaringan lainnya. Konektor RJ-45 biasanya terdapat pada ujung
kabel dari UTP (unshielded twisted pair) yang menghubungkannya ke pemancar
penerima (transceiver). Konektor RJ-45 akan menghubungkan kabel UTP dengan
transceiver.
Gambar 7. Konektor RJ-45
Konektor RJ-45 bisa menghubungkan dua atau lebih jaringan. Untuk
menghubungkan dua jaringan pemasangan harus menggunakan kabel cross over,
sementara jika menghubungakan lebih dari dua jaringan harus menggunakan
kabel straight through.
2.4 Sensor
Sensor adalah komponen atau perangkat yang tujuannya mendeteksi kejadian
atau perubahan lingkungan sekitarnya dan menghasilkan output sesuai fungsinya.
Pengertian sensor dalam sebuah sistem elektronika adalah sebuah sirkuit yang bisa
menerima suatu masukan misalnya cahaya, gerakan dan lain-lain yang akan diubah
menjadi energi listrik dan diproses untuk menghasilkan sebuah keluaran output.
2.4.1 Sensor Temperatur dan Kelembaban (DHT-22)
Sensor DHT-22 juga dikenal sebagai AM-2302 adalah sensor suhu dan
kelembaban yang terkalibrasi secara akurat dengan kompensasi suhu diruangan
penyesuaian dengan nilai koefisien kalibrasi dengan keluaran yang berupa sinyal
Universitas Sumatera Utara
16
digital sensor ini mampu mentransmisikan sinyal keluaran melewati kabel yang
panjangnya hingga 20 meter.
Gambar 8. Sensor DHT-22
Spesifikasi Teknis DHT-22/ AM-2302:
1. Rentang catu daya: 3,3 - 6 Volt DC.
2. Konsumsi arus pada saat pengukuran antara 1 hingga 1,5 mA.
3. Konsumsi arus pada mode siaga antara 40-50 µA.
4. Sinyal keluaran: digital lewat bus tunggal dengan kecepatan 5 ms.
5. Elemen pendeteksi: kapasitor polimer.
6. Jenis sensor: kapasitif.
7. Rentang deteksi kelembapan: 0-100% RH (akurasi ±2% RH).
8. Rentang deteksi suhu: -40° ~ +80° Celcius (akurasi ±0,5°C).
9. Resolusi sensitivitas: 0,1%RH; 0,1°C.
10. Pengulangan: ±1% RH; ±0,2°C.
11. Histeresis kelembapan: ±0,3% RH.
12. Stabilitas jangka panjang: ±0,5% RH/ tahun.
13. Periode pemindaian rata-rata: 2 detik.
14. Ukuran: 25,1 x 15,1 x 7,7 mm.
2.4.2 Sensor gerakan (PIR)
Sensor PIR (passive infra red) adalah sensor yang digunakan untuk
mendeteksi adanya pancaran sinar infra merah. Sensor PIR bersifat pasif, artinya
sensor ini tidak memancarkan sinar infra merah tetapi hanya menerima radiasi sinar
infra merah dari luar. Sensor ini digunakan dalam perancangan detektor gerakan
berbasis PIR. Karena semua benda memancarkan energi radiasi, sebuah gerakan
akan terdeteksi ketika sumber infra merah dengan suhu tertentu (misal: manusia)
melewati sumber infra merah yang lain dengan suhu yang berbeda (misal: dinding),
Universitas Sumatera Utara
17
maka sensor akan membandingkan pancaran infra merah yang diterima setiap satuan
waktu, sehingga jika ada pergerakan maka akan terjadi perubahan pembacaan pada
sensor. Pada umumnya sensor PIR memiliki jangkauan pembacaan efektif hingga 5
meter, dan sensor ini sangat efektif digunakan sebagai deteksi gerakan manusia.
Sensor PIR terdiri dari beberapa bagian yaitu :
1. Fresnel Lens
Lensa Fresnel pertama kali digunakan pada tahun 1980. Digunakan sebagai
lensa yang memfokuskan sinar pada lampu mercusuar. Penggunaan paling luas
pada lensa fresnel adalah pada lampu depan mobil, di mana berkas parallel
secara kasar dari pemantul parabola dibentuk untuk memenuhi persyaratan pola
sorotan utama. Namun kini, lensa fresnel pada mobil telah ditiadakan dan diganti
dengan lensa plain polikarbonat. Lensa fresnel juga berguna dalam pembuatan
film, tidak hanya karena kemampuannya untuk memfokuskan sinar terang, tetapi
juga karena intensitas cahaya yang relatif konstan diseluruh lebar berkas cahaya.
2. IR Filter
IR Filter pada modul sensor PIR ini mampu menyaring panjang gelombang sinar
infrared pasif antara 8 mikrometer sampai 14 mikrometer, sehingga panjang
gelombang yang dihasilkan dari tubuh manusia yang berkisar antara 9
mikrometer sampai 10 mikrometer dapat dideteksi oleh sensor.
3. Pyroelectric Sensor
Tubuh manusia yang memiliki suhu kira-kira 32 0C, yang merupakan suhu panas
yang khas yang terdapat pada lingkungan. Pancaran sinar inframerah inilah yang
kemudian ditangkap oleh pyroelectric sensor yang merupakan inti dari sensor
PIR ini sehingga menyebabkan pyroelectic sensor menghasilkan arus listrik
karena adanya energi panas yang dibawa oleh infared pasif tersebut.
4. Amplifier
Sebuah sirkuit amplifier yang ada menguatkan arus yang masuk pada material
pyroelectric.
Gambar 9. Sensor PIR
Universitas Sumatera Utara
18
Cara kerja pembacaan sensor PIR yakni pancaran infra merah masuk melalui
lensa fresnel dan mengenai sensor pyroelektrik, karena sinar infra merah
mengandung energi panas maka sensor pyroelektrik akan menghasilkan arus listrik.
Arus listrik inilah yang akan menimbulkan tegangan dan dibaca secara analog oleh
sensor. Kemudian sinyal ini akan dikuatkan oleh penguat dan dibandingkan oleh
komparator dengan tegangan referensi tertentu (keluaran berupa sinyal 1-bit). Jadi
sensor PIR hanya akan mengeluarkan logika 0 dan 1, 0 saat sensor tidak mendeteksi
adanya pancaran infra merah dan 1 saat sensor mendeteksi infra merah. Sensor PIR
didesain dan dirancang hanya mendeteksi pancaran infra merah dengan panjang
gelombang berkisar 8 mikrometer sampai 14 mikrometer. Diluar panjang gelombang
tersebut sensor tidak akan mendeteksinya. Untuk manusia sendiri memiliki suhu
badan yang dapat menghasilkan pancaran infra merah dengan panjang gelombang
antara 9 mikrometer sampai 10 mikrometer (nilai standar 9,4 mikrometer), panjang
gelombang tersebut dapat terdeteksi oleh sensor PIR. Secara umum sensor PIR
memang dirancang untuk mendeteksi manusia.
2.4.3 Sensor Cahaya (LDR)
LDR (light dependent resistor), ialah jenis resistor yang hambatannya
berubah karena pengaruh cahaya. Bila cahaya gelap nilai tahanannya semakin besar,
sedangkan cahayanya terang nilainya menjadi semakin kecil. LDR adalah jenis
resistor yang biasa digunakan sebagai detector cahaya atau pengukur besaran
konversi cahaya. Light dependent resistor, terdiri dari sebuah cakram semikonduktor
yang mempunyai dua buah elekrtroda pada permukaannya.
Nilai tahanan LDR berubah seiring dengan perubahan intensitas cahaya yang
mengenainya. Dalam keadaan gelap resistansi LDR sekitar 10 MΩ
dan dalam
keadaan terang sebesar 1 kΩ atau kurang. LDR terbuat dari bahan semikonduktor
seperti cadmium sulfide. Dengan bahan ini energi dari cahaya yang jatuh
menyebabkan lebih banyak muatan yang dilepas atau arus listrik meningkat. Artinya
resistansi bahan telah mengalami penurunan. LDR digunakan untuk mengubah
energi cahaya menjadi energi listrik. Dalam penelitian ini sensor LDR digunakan
untuk menghidupkan dan mematikan lampu led secara otomatis dengan
Universitas Sumatera Utara
19
menggunakan settingan dalam program terhadap nilai kecerahan yang diterima oleh
sensor. Karakteristik sensor cahaya LDR (light dependent resistor):
1. Laju recovery sensor cahaya LDR (light dependent resistor)
Laju recovery merupakan suatu ukuran praktis dan suatu kenaikan nilai
resistansi dalam waktu tertentu. Harga ini ditulis dalam K/s, untuk LDR tipe
arus nilainya lebih besar dari 200 KΩ /s (selama 20 ms pertama mulai dari
level cahaya 100 lux), kecepatan tersebut akan lebih tinggi pada arah
sebaliknya, yaitu pindah dari tempat gelap ke tempat terang yang memerlukan
waktu kurang dari 10 ms untuk mencapai resistansi yang sesuai dengan level
cahaya 400 lux.
2.
Respon spektral sensor cahaya LDR (light dependent resistor)
Respon spektral sensor cahaya yaitu dimana LDR tidak mempunyai sensitivitas
yang sama untuk setiap panjang gelombang cahaya (warna) yang jatuh
padanya. 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
mempunyai daya hantar yang baik.
Gambar 10. Sensor LDR
Prinsip kerja LDR yaitu pada saat gelap atau cahaya redup, bahan dari cakram
tersebut menghasilkan elektron bebas dengan jumlah yang relatif kecil. Sehingga
hanya ada sedikit elektron untuk mengangkut muatan elektrit. Artinya pada saat
cahaya redup, LDR menjadi konduktor yang buruk, atau bisa disebut juga LDR
memiliki resistansi yang besar pada saat gelap atau cahaya redup. Pada saat cahaya
terang, ada lebih banyak elektron yang lepas dari atom bahan semikonduktor
tersebut. Sehingga akan lebih banyak elektron untuk mengangkut muatan elektrit.
Artinya pada saat cahaya terang, LDR menjadi konduktor yang baik, atau bisa
disebut juga LDR memiliki resistansi kecil pada saat cahaya terang. Hasil pengujian
Universitas Sumatera Utara
20
LDR ditunjukkan pada gambar (4.7) dan gambar (4.8), nilai lux LDR dihitung dengan
menggunakan persamaan sebagai berikut:
Vout = adc_read ()*0.0048828125
(1)
Lux
(2)
= 500/ ((10.7639*[(5-Vout)])/ Vout)]
RLDR = [10000* (5-Vout)]/Vout]
(3)
(V.V.Rangi, 2014)
2.4.4 Sensor Asap dan Gas (MQ-2)
Sensor MQ-2 adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi gas LPG,
butana, propana, metana, alkohol, asap dan hidrogen. Inti dari MQ-2 adalah material
yang sensitif terhadap konsentrasi gas yang tersusun dari senyawa SnO2 atau lebih
dikenal dengan istilah timah oksida. Material ini memiliki karakteristik yang mana
konduktivitasnya akan berubah seiring dengan perubahan konsentrasi gas
disekitarnya.
Pada intinya sensor MQ-2 akan mengeluarkan tegangan analog yang
merupakan nilai konsentrasi gas disekitarnya yang mana pada penelitian kali ini
tegangan analog tersebut akan dihubungkan pada pin analog arduino dan
mengkonversinya ke bilangan digital. Sensor ini digunakan untuk mendeteksi
kemungkinan adanya asap yang besar dan memusat yang dapat mengindikasikan
kebakaran pada batas ambang yang diberikan maka alarm akan dihidupkan sebagai
tanda akan adanya asap yang melebihi batasannya.
Gambar 11. Sensor MQ-2
Tingkat sensitivitas sensor MQ-2 untuk masing-masing tipe gas hidrokarbon yaitu:
1. LPG dan propana: 200-5000 ppm
2. I-butana: 300-5.000 ppm
3. Metana: 5.000-20.000 ppm
Universitas Sumatera Utara
21
4. Hidrogen: 300-5.000 ppm
5. Etanol/ alkohol: 100-2.000 ppm
Hasil pengujian MQ-2 ditunjukkan pada gambar (4.9), nilai PPM MQ-2 dihitung
dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:
Detection range
= 300-10.000 PPM
Sensor resistance = 2 KΩ - 20 KΩ
(4)
(5)
Load resistance :10 KΩ
V out : 0,5 Volt
Detection range sensor MQ-2 10.000-300 = 9700
(6)
Niilai ADC yang dihasilkan sensor MQ-2 = 0-1023
(7)
Nilai PPM/ADC : 9,4819159335.
PPM sensor gas MQ-2 = 300+(Adc x 9,4819159335)
(8)
(Sri Marini)
Universitas Sumatera Utara