PEMANFAATAN ARDUINO UNO UNTUK SISTEM AKUISISI DATA SUHU RUANGAN DI STMIK AKBA
PEMANFAATAN ARDUINO UNO UNTUK SISTEM AKUISISI DATA
SUHU RUANGAN DI STMIK AKBA Ashari & Tigor PilneserTeknik Informatika STMIK AKBA
Abstrak Pemanfaatan teknologi arduino yang dikombinasikan dengan personal komputer
sebagai sistem akuisisi data dapat digunakan untuk melakukan variasi pengukuran suhu secara bersamaan. Pengukuran, pengumpulan data dan penyimpanan data suhu dpat dilakukan sekaligus sehingga lebih praktis dan efisien. Sistem yang dibangun dalam bentuk prototype menggunakan LM35 dengan pengambilan data suhu pada pada ruang laboratorium perangkat keras STMIK AKBA menggunakan mikrokontroller arduino uno dengan antarmuka Borland
Delphi 7 , dan database microsoft Access. Metode top down digunakan untuk membangun
system. Dibangun mulai dari membangun sistem secara keseluruhan untuk menentukan input dan output sistem, selanjutnya menentukan sub sistem untuk perancangan keseluruhan sub system yang ada. Pada saat sensor-sensor suhu bekerja arduino uno akan memproses data yang diterima dan mengirimkan data dari sensor-sensor suhu untuk ditampilkan pada interface dalam bentuk nilai dan grafik. Hasil penelitian pemanfaatan arduino uno sistem mampu melakukan akuisisi data suhu ruang secara terpisah pada pergerakan 3 titik. Data suhu yang terukur terlihat pada grafik hasil pengukuran tersimpan pada database dengan nilai error sebesar 7,14% dengan selisih 2 C dengan suhu acuan termometer.
Kata Kunci : Arduino Uno, Borland Delphi, LM35, Akuisisi Data dikombinasikan dengan personal komputer
1. Pendahuluan
sebagai sistem akuisisi data, untuk Seiring dengan perkembangan melakukan beberapa pengukuran suhu teknologi, maka pemanfaatan teknologi secara bersamaan serta pengambilan, untuk melakukan sistem akuisisi data suhu pengumpulan dan penyimpanan data suhu ruang yang terkomputerisasi perlu ruangan pada STMIK AKBA sehingga diterapkan. Pemanfaatan arduino uno untuk tidak perlu lagi dilakukan akuisisi data suhu sistem akuisisi data suhu ruangan pada secara manual. STMIK AKBA dapat dilakukan dengan
Sistem akuisisi data difungsikan sistem komputer pengukuran beberapa titik untuk mengambil, mengumpulkan dan suhu ruang secara bersamaan. selain itu, menyiapkan data, hingga memprosesnya data suhu yang telah diakuisisi melalui untuk menghasilkan data yang dikehendaki. komputer dapat diperbandingkan dari hasil
Jenis serta metode yang di pilih pada pengukuran suhu di setiap titik pengukuran. umumnya bertujuan menyederhanakan
Selain sistem komputer, diperlukan setiap langkah yang dilaksanakan pada teknologi yang mampu melakukan keseluruhan proses. Suatu sistem akuisisi pengukuran besaran fisis berupa arduino. data pada umumnya dibentuk sedemikian
Teknologi seperti ini dapat dimanfaatkan rupa sehingga sistem tersebut berfungsi untuk mewujudkan suatu sistem yang untuk mengambil, mengumpulkan dan sederhana sampai yang kompleks. Dengan menyimpan data dalam bentuk yang siap adanya teknologi arduino yang untuk diproses lebih lanjut
Sistem akuisisi data berkembang pesat sejalan dengan kemajuan dibidang teknologi digital dan komputer. Kini, akuisisi data mengkonversikan besaran fisis sumber data ke bentuk sinyal digital dan diolah oleh suatu komputer. Pengolahan dan pengontrolan proses oleh komputer memungkinkan penerapan akuisisi data dengan software. Software memberikan harapan proses akuisisi data bisa divariasi dengan mudah sesuai kebutuhan, dalam hal ini menggunakan arduino uno. Pemanfaatan Arduino uno dari Tool disesuaikan dengan mikrokontroler yang digunakan. Menggunakan ATmega328 sangat memungkinkan digunakan karena memiliki bootloader untuk meng-upload program baru tanpa menggunakan programmer hardware eksternal.
Penelitian dilakukan untuk mengidentifikasi bagaimana pemanfaatan arduino uno untuk sistem akusisi data suhu
ruangan pada laboratorium perangkat keras STMIK AKBA.
Tujuan dari penelitian yang akan dilakukan dengan pemanfaatan arduino uno untuk sistem akuisisi data suhu ruangan pada laboratorium perangkat keras STMIK AKBA adalah sebagai bahan referensi bagi peneliti-peneliti lain untuk mengembangkan penelitian yang berhubungan dengan pengakuisisi data suhu secara bersamaan. Selain itu data hasil akuisisi data dapat digunakan untuk proses analisa data yang berhubungan variabel suhu terhadap suatu objek serta menambah wawasan ilmu pengetahuan dan teknologi arduino uno.
Arduino dikatakan sebagai sebuah platform dari physical computing yang bersifat open source (Djuandi, 2013). Arduino tidak hanya sekedar sebuah alat pengembangan, tetapi ia adalah kombinasi dari hardware, bahasa pemrograman dan Integrated Development Environment (IDE) yang canggih. Menurut Kadir (2013:16) arduino uno adalah salah satu produk berlabel arduino yang sebenarnya adalah papan elektronik yang mengandung mikrokontroller Atmega328 (sebuah keping yang secara fungsional bertindak seperti sebuah komputer). Peranti ini dapat dimanfaatkan untuk mewujudkan rangkaian elektronuk dari yang sederhana hingga yang kompleks. Pengendalian led hingga pengontrolan robot dapat di implementasikan dengan menggunakan papan yang berukuran relatif kecil yang terdapat pada arduino. Tabel 1. Deskripsi Arduio UNO:
Mikrokontroller
Atmega328 Operasi Voltage
5V Input Voltage 7-12 V (Rekomendasi)
Input Voltage 6-20 V (limits)
I/O 14 pin (6 pin untuk PWM) Arus 50 mA
2. Tujuan dan Manfaat Penelitian
Flash Memory 32KB Bootloader SRAM 2 KB
EEPROM 1 KB Kecepatan
16 Mhz Uno Arduino dapat diaktifkan melalui koneksi USB atau dengan catu daya eksternal. Sumber listrik dipilih secara otomatis. Eksternal (non-USB) daya dapat datang baik dari AC-DC adaptor atau baterai. Adaptor ini dapat dihubungkan dengan cara menghubungkannya plug pusat-positif 2.1mm ke dalam board colokan listrik. Lead dari baterai dapat dimasukkan ke dalam header pin Gnd dan Vin dari konektor Power. Board dapat beroperasi pada pasokan daya dari 6 -20 volt. Jika diberikan dengan kurang dari 7V, bagaimanapun, pin 5V dapat menyuplai kurang dari 5 volt dan board mungkin tidak stabil. Jika menggunakan lebih dari 12V,
3. Tinjauan Pustaka
3.1 Arduino Uno
regulator tegangan bisa panas dan merusak board. Rentang yang dianjurkan adalah 7 - 12 volt.
Uno memiliki 14 pin digital yang dapat digunakan sebagai input atau output, menggunakan fungsi pinMode(), digitalWrite(), dan digitalRead(). Mereka beroperasi di 5 volt. Setiap pin dapat memberikan atau menerima maksimum 40 mA dan memiliki resistor pull-up internal dari 20-50 K.
Uno Arduino 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). Sebuah ATmega16U2 pada saluran board ini komunikasi serial melalui USB dan muncul sebagai com port virtual untuk perangkat lunak pada komputer. Firmware Arduino menggunakan USB driver standar COM, dan tidak ada driver eksternal yang dibutuhkan. Namun, pada Windows, file. Inf diperlukan. Perangkat lunak Arduino termasuk monitor serial yang memungkinkan data sederhana yang akan dikirim ke board Arduino. RX dan TX LED di board akan berkedip ketika data sedang dikirim melalui chip USB-to-serial dan koneksi USB ke komputer. ATmega328 ini juga mendukung komunikasi I2C (TWI) dan SPI. Fungsi ini digunakan untuk melakukan komunikasi inteface pada sistem.
Lingkungan open-source Arduino memudahkan untuk menulis kode dan meng-upload ke board Arduino. Ini berjalan pada Windows, Mac OS X, dan Linux. Berdasarkan Pengolahan, avr-gcc, dan perangkat lunak sumber terbuka lainnya.
Sistem akuisisi data dapat didefinisikan sebagai suatu sistem yang berfungsi untuk mengambil, mengumpulkan dan menyiapkan data, hingga memprosesnya untuk menghasilkan data yang dikehendaki. Jenis serta metode yang di pilih pada umumnya bertujuan untuk menyederhanakan setiap langkah yang dilaksanakan pada keseluruhan proses. Suatu sistem akuisisi data pada umumnya dibentuk sedemikian rupa sehingga sistem tersebut berfungsi untuk mengambil, mengumpulkan dan menyimpan data dalam bentuk yang siap untuk diproses lebih lanjut.
Pada mulanya proses pengolahan data lebih banyak dilakukan secara manual oleh manusia, sehingga pada saat itu perubahan besaran fisis dibuat ke besaran yang langsung bisa diamati panca indra manusia. Selanjutnya dengan kemampuan teknologi pada bidang elektrikal besaran fisis yang diukur sebagai data dikonversikan ke bentuk sinyal listrik, data kemudian ditampilkan ke dalam bentuk simpangan jarum, pendaran cahaya pada layar monitor, rekorder xy dan lain-lain. Sistem akuisisi data berkembang pesat sejalan dengan kemajuan dibidang teknologi digital dan komputer. Kini, akuisisi data menkonversikan besaran fisis sumber data ke bentuk sinyal digital dan diolah oleh suatu komputer. Pengolahan dan pengontrolan proses oleh komputer memungkinkan penerapan akuisisi data dengan software. Software memberikan harapan proses akuisisi data bisa divariasi dengan mudah sesuai kebutuhan.
3.3 Sensor Suhu (LM35)
Menurut Budiharto (2006:106), sensor suhu lm35 merupakan sensor temperatur yang tidak membutuhkan kalibrasi eksternal. Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. Sensor Suhu LM35 yang dipakai dalam penelitian ini berupa komponen elektronika elektronika yang diproduksi oleh National Semiconductor . LM35 memiliki keakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika dibandingkan dengan
3.2 Akuisisi Data
sensor suhu yang lain, LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kendali khusus serta tidak memerlukan penyetelan lanjutan.
Meskipun tegangan sensor ini dapat mencapai 30 volt akan tetapi yang diberikan kesensor adalah sebesar 5 volt, sehingga dapat digunakan dengan catu daya tunggal dengan ketentuan bahwa LM35 hanya membutuhkan arus sebesar 60 µA hal ini berarti LM35 mempunyai kemampuan menghasilkan panas (self-heating) dari sensor yang dapat menyebabkan kesalahan pembacaan yang rendah yaitu kurang dari 0,5 ºC pada suhu 25 ºC .
1. Struktur Sensor LM35
Gambar 1. Bentuk fisik LM35
Gambar 1 menunjukan bentuk dari LM35 tampak depan dan tampak bawah. 3 pin LM35 menujukan fungsi masing- masing pin diantaranya, pin 1 berfungsi sebagai sumber tegangan kerja dari LM35, pin 2 atau tengah digunakan sebagai tegangan keluaran atau V out dengan jangkauan kerja dari 0 Volt sampai dengan 1,5 Volt dengan tegangan operasi sensor LM35 yang dapat digunakan antar 4 Volt sampai 30 Volt. Keluaran sensor ini akan naik sebesar 10 mV setiap derajad celcius sehingga diperoleh persamaan sebagai berikut :
- 10 mV
V LM35 = Suhu
Gambar 2. Skematik rangkaian dasar sensor suhu LM35-DZ
Gambar 2 merupakan gambar skematik rangkaian dasar sensor suhu LM35-DZ. Rangkaian ini sangat sedeCrhana dan praktis. Vout adalah tegangan keluaran sensor yang terskala linear terhadap suhu terukur, yakni 10
milivolt per 1 derajad celcius. Jadi jika Vout = 530mV, maka suhu terukur adalah 53 derajat Celcius. Dan jika Vout = 320mV, maka suhu terukur adalah 32 derajat Celcius. Tegangan keluaran ini
bisa langsung diumpankan sebagai masukan ke rangkaian pengkondisi sinyal seperti rangkaian penguat operasional dan rangkaian filter, atau rangkaian lain seperti rangkaian pembanding tegangan dan rangkaian Analog-to-Digital Converter.
Rangkaian dasar tersebut cukup untuk sekedar bereksperimen atau untuk aplikasi yang tidak memerlukan akurasi pengukuran yang sempurna. Akan tetapi tidak untuk aplikasi yang sesungguhnya. Terbukti dari eksperimen yang telah saya lakukan, tegangan keluaran sensor
belumlah stabil. Pada kondisi suhu yang
relatif sama, jika tegangan suplai saya ubah-ubah (saya naikkan atau turunkan), maka Vout juga ikut berubah. Memang secara logika hal ini sepertinya benar, tapi untuk instrumentasi hal ini tidaklah diperkenankan. Dibandingkan dengan tingkat kepresisian, maka tingkat akurasi alat ukur lebih utama karena alat ukur seyogyanya dapat dijadikan patokan bagi sekitar 0,01 ºC karena terserap pada suhu penggunanya. Jika nilainya berubah-ubah permukaan tersebut. Dengan cara seperti ini untuk kondisi yang relatif tidak ada diharapkan selisih antara suhu udara dan perubahan, maka alat ukur yang demikian suhu permukaan dapat dideteksi oleh sensor ini tidak dapat digunakan. LM35 sama dengan suhu disekitarnya, jika
1. Karakteristik Sensor LM35. suhu udara disekitarnya jauh lebih tinggi atau jauh lebih rendah dari suhu permukaan, maka LM35 berada pada suhu permukaan dan suhu udara disekitarnya .
Jarak yang jauh diperlukan penghubung yang tidak terpengaruh oleh interferensi dari luar, dengan demikian digunakan kabel selubung yang ditanahkan sehingga dapat bertindak sebagai suatu antenna penerima dan simpangan didalamnya, juga dapat bertindak sebagai perata arus yang mengkoreksi pada kasus yang sedemikian, dengan mengunakan metode bypass kapasitor dari V in untuk
Gambar 3. Bagian LM35 ditanahkan.
Prinsip kerja sensor LM35 sebagai
a. Memiliki sensitivitas suhu, dengan berikut: faktor skala linier antara tegangan dan
a. Suhu lingkungan di deteksi suhu 10 mVolt/ºC, sehingga dapat menggunakan bagian IC yang peka dikalibrasi langsung dalam celcius. terhadap suhu
b. Memiliki ketepatan atau akurasi
b. Suhu lingkungan ini diubah menjadi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu 25 ºC tegangan listrik oleh rangkaian di dan Memiliki jangkauan maksimal dalam IC, dimana perubahan suhu operasi suhu antara -55 ºC sampai berbanding lurus dengan perubahan +150 ºC. tegangan output.
o
c. Bekerja pada tegangan 4 sampai 30
c. Pada seri LM35 V out =10 mV/ C
o volt.
Tiap perubahan
1 C akan
d. Memiliki arus rendah yaitu kurang menghasilkan perubahan tegangan dari 60 µA. output sebesar 10mV
e. Memiliki pemanasan sendiri yang
3. Kelebihan dan Kelemahan Sensors rendah (low-heating) yaitu kurang LM35 dari 0,1 ºC pada udara diam.
a. Kelebihan :
f. Memiliki impedansi keluaran yang 1) Rentang suhu yang jauh, antara -55
o
rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 sampai +150 C
o mA.
2) Low self-heating, sebesar 0.08 C
g. Memiliki ketidaklinieran hanya 3) Beroperasi pada tegangan 4 sampai sekitar ± ¼ ºC.
30 V
2. Prinsip Kerja Sensor LM35 4) Rangkaian tidak rumit
Secara prinsip sensor akan melakukan 5) Tidak memerlukan pengkondisian penginderaan pada saat perubahan suhu sinyal setiap suhu 1 ºC akan menunjukan tegangan b. Kelemahannya sebesar 10 mV. Pada penempatannya LM35
Membutuhkan sumber tegangan dapat ditempelkan dengan perekat atau untuk beroperasi dapat pula disemen pada permukaan akan tetapi suhunya akan sedikit berkurang
3.4 Pemrograman Delphi
Menurut buku Wahana Komputer (2009:2), Bahasa delphi merupakan salah satu bahasa pemrograman turunan turbo pascal produk borland. Bahasa Delphi merupakan bahasa pemrograman yang dapat diatur sedemikian rupa sehingga dapat bekerja sama dengan peranti lain sehingga membentuk suatu sistem pengendali. Bahasa Delphi mempunyai form dan editor program untuk membuat program. Dengan menggabungkan form dan editor program, Delphi dapat digunakan sebagai software yang berisi urutan perintah untuk mengendalikan suatu alat terkendali.
Program Delphi mengkordinasikan perintah-perintah untuk mengaktifkan maupun menonaktifkan komponen- komponen yang sudah kita pilih sebelumnya dan diatur dalam sebuah form. Form sama seperti window yang anda liat di Word, Paradox dan aplikasi windows lainnya. Komponen yang akan kita gunakan sebelumnya kita tempatkan dalam sebuah form dan dikelompkkan dengan komponen lain yang sejenis sehingga menjadi sebuah pengontrol. Cara kerja komponen ini bisa kita atur sedemikian rupa melalui editor program Delphi.
Program form dan program untuk mengontrol form disimpan sebagai file dengan ekstensi .pas, atau disebut juga dengan Unit. Setiap kali anda akan menambahkan event handler atau menambahkan perintah,file ini akan diubah. Delphi akan menempatkan kursor ditempat dimana seharusnya anda menambahkan program tersebut.jika anda menambahkan form baru maka form tersebut akan mempunyai file dengan ekstensi .dfm dan .pas sendiri. Setiap form mempunyai properti yang dapat diubah tampilannya dengan mengubah warna,ukuran, lokasi, dan lain-lain. Sejumlah form mempunyai event handler
Pada awal pemrograman Delphi kita dihadapkan pada suatu lingkungan Delphi dimana semua tool yang akan digunakan untuk mendesain dan menjalankan programaplikasiterhubung menjadi satu kesatuan yang memudahkan pengembangan program.lingkungan ini dinamakan IDE (Integrated Development Environment).
IDE terdiri dari toolbar, debugger, editor
Program , dan lain-lain. Semua fasilitas ini
akan digunakan pada saat kita membuat program.
4. Hasil dan Pembahasan
4.1. Metode Perancangan
Perancangan hardware yang akan dilakukan dalam pembuatan sistem akuisisi data menggunakan arduino, perancangan ini menggunakan komunikasi USB untuk menghubungkan arduino dengan personal komputer. Untuk menampilkan data hasil pengukuran pada interface, arduino dihubungan dengan sensor-sensor suhu. Dalam pembuatan sensor suhu akan digunakan komponen LM35. Pada saat sensor-sensor suhu bekerja arduino akan memproses data yang diterima dan mengirimkan data dari sensor-sensor suhu untuk ditampilkan pada interface dalam bentuk nilai dan grafik. Adapun blok diagram pada perancangan ini:
Gambar 4. Blok Diagram Sistem
Langkah selanjutnya setelah merancang perangkat keras adalah merancang perangkat lunak sistem akuisisi data menggunakan arduino uno. Pada perancangan perangkat lunak aplikasi yang digunakan Borland delphi 7 dan arduino
IDE meliputi:
1. Program Komputer.
2. Program arduino. Gambar 5 merupakan flowchart program dari sistem yang dibangun:
Gambar 5. Flowchart Sistem
Pada perancangan perangkat lunak, data suhu yang diakuisisi akan terkumpul secara otomatis melalui pengaturan pada perangkat lunak yang dibuat. Dalam perangkat lunak yang dirancang akan dibuat fungsi-fungsi yang akan melakukan pengambilan data sesuai dengan keinginan peneliti, misalnya data akan diakuisisi setiap satu jam, peneliti hanya perlu melakukan pemilihan lama pengambilan data suhu dalam satuan jam dan menentukan jumlah jam untuk pengambilan data, maka data akan diambil sesuai dengan pengaturan yang dilakukan. Selain pengambilan data suhu, pada perancangan perangkat lunak juga akan dibuat suatu tampilan pergerakan dari suhu yang terukur. Pada perancangan tampilan pergerakan suhu akan dibuat dalam bentuk grafik yang didalamnya terdapat pengaturan lama waktu untuk menampilkan data suhu, misalnya data suhu akan ditampilkan setiap detik, maka di setiap detik data suhu akan ditampilan dalam bentuk grafik.
4.2 Metode Pengujian Perangkat Lunak
Perangkat lunak yang selesai dibuat perlu diuji kebenarannya. . Pengujian dilakukan untuk mengetahui unjuk kerja dari sistem dan untuk mengetahui apakah sistem sudah sesuai dengan perancanaan atau belum. Pengujian terlebih dahulu dilakukan secara terpisah pada masing- masing unit dan kemudian dilakukan ke dalam sistem yang telah terintegrasi.
4.3. Hasil Pengujian
Pengujian program akuisisi data pada software arduino berfungsi untuk mengetahui error yang disebabkan oleh kesalahan pembuatan script dan untuk melakukan pengambilan data suhu melalui sensor suhu LM35.
Gambar 6. Tampilan hasil kompilasi yang sukses
2. Pergerakan dari data suhu yang terukur berdasarkan hasil pengukuran terlihat pada grafik dan data-data suhu serta tesimpan dalam database dengan nilai error sebesar 7,14% dengan selisih 2 C dibandingkan dengan suhu acuan termometer.
Daftar Pustaka
[1] Budiharto Widodo, 2006. Membuat Robot Cerdas: Jakarta: Elex Media Komputindo
[2] Jogiyanto HM, 1990. Analisis dan
Gambar 7. Tampilan Program Arduino Error Desain Sistem Informasi : Pendekatan
terstruktur teori dan praktik aplikasi bisnis. Yogyakarta: ANDI. [3] Kadir Abdul, 2010. Mudah Mempelajari Database Access.
Yogyakarta: ANDI. [4] Kadir Abdul, 2013. Panduan Praktis
Mempelajari Aplikasi Mikrokontroler dan Pemrogramannya Menggunakan Arduino. Yogyakarta: ANDI. [5] Pitowarno Endra, 2006. ROBOTIKA:
Desain, Kontrol, dan Kecerdasan Buatan. Yogyakarta: ANDI
Gambar 8. Tampilan Rangkaian Sensor Suhu Menggunakan LM35
[6] Sugiri, supriyadi, 2009. Pemrograman Sistem Pengendali Dengan Delphi. Data rata-rata selisih yang diperoleh Yogyakarta: ANDI. dari perbandingan sistem akuisisi data suhu yang dibuat dengan termometer sebesar
[7] Supriyadi Muhammad, 2009.
2 C atau dengan tingkat errordibandingkan Pemrograman
IC PPI 8255 dengan termometer diperoleh sebesar Menggunakan Delphi. 7,14 %.
[8] Fitriani Enis, 2012. Rancang Bangun 5.
Data Akuisisi Temperatur 10 Kanal
Kesimpulan
Berbasis Mikrokontroller AVR Berdasarkan penelitian yang telah Atmega 16. dilakukan, dapat disimpulkan bahwa: http://ejournal.narotama.ac.id
1. Sistem mampu melakukan akuisisi data
[9] Utomo Tri Ambar, 2011. Implementasi suhu ruangan laboratorium perangkat Mikrokontroller sebagai Pengukur keras STMIK AKBA dengan variasi Suhu Delapan Ruangan. pengukuran suhu secara terpisah pada 1 http://jurtek.akprind.ac.id titik, 2 titik dan 3 titik dengan rata-rata
25 C