T1__BAB II Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Sistem Bantu Pengawasan Larangan Merokok dengan Deteksi Sensor Asap T1 BAB II

BAB II
DASAR TEORI

Pada bab ini akan dijelaskan secara singkat mengenai teori-teori dan juga
beberapa indikator yang dibutuhkan sebagai pelengkap dalam perancangan alat.
Pembahasan dasar teori dan indikator pada bab ini meliputi asap rokok,
mikrokontroler Arduino Mega 2560, sensor asap dan gas MQ-2, modul ESP8266,
modul Bluetooth HC-05, dan modul serial kamera VC0607.

2.1

Asap Rokok
Asap rokok merupakan campuran dari tembakau, cengkeh dan bahan

lainnya yang dibungkus oleh kertas. Kandungan zat – zat yang ada pada rokok
terdiri dari nikotin, karbon monoksida (CO), Tar yang bersifat karsinogenikdan
radikal bebas, seperti radikal nitric oxide (-NO, -NO2) dan sebagainya. Sedangkan
gas yang terkandung dalam asap rokok yaitu Karbon monoksida (CO), Nikotin,
TAR, Hydrogen, Asam Format, dan Ethanol. Namun pada aplikasi ini hanya
dibatasi dengan mengukur gas-gas yang dianggap mewakili kandungan asap
rokok secara keseluruhan. Gas tersebut adalah Hydrogen, karbon monoksida

(CO), dan Ethanol.

2.2

Arduino Mega 2560
Arduino Mega 2560 adalah papan pengembangan mikrokontroler yang

berbasis Arduino dengan menggunakan chip ATmega2560. Board ini memiliki
pin I/O yang cukup banyak, sejumlah 54 buah digital I/O pin (15 pin diantaranya
adalah PWM), 16 pin analog input, 4 pin UART (serial port hardware). Arduino
Mega 2560 dilengkapi dengan sebuah oscillator 16 Mhz, sebuah port USB, power
jack DC, ICSP header, dan tombol reset.

Skema Arduino Mega 2560 tampak dari atas dapat dilihat pada Gambar
2.1. [1] di bawah dengan karakteristik sebagai berikut :

4





Mikrokontroler : ATmega2560



Tegangan Masukan (direkomendasi) : 7-12V



Pin Digital I/O : 54 ( 14 pin untuk keluaran PWM)



Arus DC per I/O Pin : 40 mA



Memori Flash : 256 KB (8 KB digunakan untuk bootloader )



EEPROM : 4 KB



Tegangan Operasional : 5V



Tegangan Masukan (batas) : 6-20V



Analog Input Pins : 16



Arus DC for 3.3V Pin : 50 mA



SRAM : 8 KB

Clock Speed : 16 MHz

Gambar 2.1. Arduino Mega 2560

5

Mikrokontroler yang digunakan pada Arduino Mega 2560 ini adalah
Mikrokontroler ATMega 2560. Mikrokontroler ini menjadi komponen utama dari
sistem minimum Arduino Mega 2560. Setiap pin mikrokontroler ATMega 2560
dipetakan sesuai dengan kebutuhan standar Arduino pada umumnya.
Pemetaan pin (pin mapping) ATMega 2560 dapat dilihat pada Gambar 2.2.
[1] dibawah berikut :

Gambar 2.2. Pemetaan pin (pin mapping) ATMega 256

6

Tabel 2.1. Deskripsi masing-masing pin ATMEGA 2560 [1]
Pin Number
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17

18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35

Pin Name

PG5 ( OC0B )
PE0 ( RXD0/PCINT8 )
PE1 ( TXD0 )
PE2 ( XCK0/AIN0 )
PE3 ( OC3A/AIN1 )
PE4 ( OC3B/INT4 )
PE5 ( OC3C/INT5 )
PE6 ( T3/INT6 )
PE7 ( CLKO/ICP3/INT7 )
VCC
GND
PH0 ( RXD2 )
PH1 ( TXD2 )
PH2 ( XCK2 )
PH3 ( OC4A )
PH4 ( OC4B )
PH5 ( OC4C )
PH6 ( OC2B )
PB0 ( SS/PCINT0 )
PB1 ( SCK/PCINT1 )

PB2 ( MOSI/PCINT2 )
PB3 ( MISO/PCINT3 )
PB4 ( OC2A/PCINT4 )
PB5 ( OC1A/PCINT5 )
PB6 ( OC1B/PCINT6 )
PB7 ( OC0A/OC1C/PCINT7 )
PH7 ( T4 )
PG3 ( TOSC2 )
PG4 ( TOSC1 )
RESET
VCC
GND
XTAL2
XTAL1
PL0 ( ICP4 )

7

Mapped Pin Name
Digital pin 4 (PWM)

Digital pin 0 (RX0)
Digital pin 1 (TX0)
Digital pin 5 (PWM)
Digital pin 2 (PWM)
Digital pin 3 (PWM)

VCC
GND
Digital pin 17 (RX2)
Digital pin 16 (TX2)
Digital pin 6 (PWM)
Digital pin 7 (PWM)
Digital pin 8 (PWM)
Digital pin 9 (PWM)
Digital pin 53 (SS)
Digital pin 52 (SCK)
Digital pin 51 (MOSI)
Digital pin 50 (MISO)
Digital pin 10 (PWM)
Digital pin 11 (PWM)

Digital pin 12 (PWM)
Digital pin 13 (PWM)

RESET
VCC
GND
XTAL2
XTAL1
Digital pin 49

36
37
38
39
40
41
42
43
44
45

46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73

PL1 ( ICP5 )
PL2 ( T5 )
PL3 ( OC5A )
PL4 ( OC5B )
PL5 ( OC5C )
PL6
PL7
PD0 ( SCL/INT0 )
PD1 ( SDA/INT1 )
PD2 ( RXDI/INT2 )
PD3 ( TXD1/INT3 )
PD4 ( ICP1 )
PD5 ( XCK1 )
PD6 ( T1 )
PD7 ( T0 )
PG0 ( WR )
PG1 ( RD )
PC0 ( A8 )
PC1 ( A9 )
PC2 ( A10 )
PC3 ( A11 )
PC4 ( A12 )
PC5 ( A13 )
PC6 ( A14 )
PC7 ( A15 )
VCC
GND
PJ0 ( RXD3/PCINT9 )
PJ1 ( TXD3/PCINT10 )
PJ2 ( XCK3/PCINT11 )
PJ3 ( PCINT12 )
PJ4 ( PCINT13 )
PJ5 ( PCINT14 )
PJ6 ( PCINT 15 )
PG2 ( ALE )
PA7 ( AD7 )
PA6 ( AD6 )
PA5 ( AD5 )

8

Digital pin 48
Digital pin 47
Digital pin 46 (PWM)
Digital pin 45 (PWM)
Digital pin 44 (PWM)
Digital pin 43
Digital pin 42
Digital pin 21 (SCL)
Digital pin 20 (SDA)
Digital pin 19 (RX1)
Digital pin 18 (TX1)

Digital pin 38
Digital pin 41
Digital pin 40
Digital pin 37
Digital pin 36
Digital pin 35
Digital pin 34
Digital pin 33
Digital pin 32
Digital pin 31
Digital pin 30
VCC
GND
Digital pin 15 (RX3)
Digital pin 14 (TX3)

Digital pin 39
Digital pin 29
Digital pin 28
Digital pin 27

74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100

PA4 ( AD4 )
PA3 ( AD3 )
PA2 ( AD2 )
PA1 ( AD1 )
PA0 ( AD0 )
PJ7
VCC
GND
PK7 ( ADC15/PCINT23 )
PK6 ( ADC14/PCINT22 )
PK5 ( ADC13/PCINT21 )
PK4 ( ADC12/PCINT20 )
PK3 ( ADC11/PCINT19 )
PK2 ( ADC10/PCINT18 )
PK1 ( ADC9/PCINT17 )
PK0 ( ADC8/PCINT16 )
PF7 ( ADC7 )
PF6 ( ADC6 )
PF5 ( ADC5/TMS )
PF4 ( ADC4/TMK )
PF3 ( ADC3 )
PF2 ( ADC2 )
PF1 ( ADC1 )
PF0 ( ADC0 )
AREF
GND
AVCC

9

Digital pin 26
Digital pin 25
Digital pin 24
Digital pin 23
Digital pin 22
VCC
GND
Analog pin 15
Analog pin 14
Analog pin 13
Analog pin 12
Analog pin 11
Analog pin 10
Analog pin 9
Analog pin 8
Analog pin 7
Analog pin 6
Analog pin 5
Analog pin 4
Analog pin 3
Analog pin 2
Analog pin 1
Analog pin 0
Analog Reference
GND
VCC

2.3

Sensor Asap dan Gas MQ-2
Pada dasarnya prinsip kerja dari sensor asap dan gas MQ-2 adalah

mendeteksi keberadaan gas - gas yang dianggap mewakili kandungan dari asap
rokok, yaitu gas Hydrogen, Methane, Ethanol, dan karbon monoksida (CO). Jika
sensor tersebut mendeteksi keberadaan gas - gas tersebut di udara dengan tingkat
konsentrasi tertentu, maka sensor akan menganggap terdapat asap rokok di udara.
Ketika sensor mendeteksi keberadaan gas – gas tersebut maka resistansi elektrik
sensor akan turun yang menyebakan tegangan yang dihasilkan oleh output sensor
akan semakin besar.
Skema dari sensor asap dan gas MQ-2 dapat dilihat pada Gambar 2.3. [4]
di bawah dengan karakteristik sebagai berikut :








Tegangan input

: 5V DC

Konsumsi arus

: 150 mA

Output digital

: TTL 0 dan 1 (5V)

Output analog

: 0.1V s/d 0.3V (tergantung konsentrasi gas,

maksimum 4V pada konsentrasi maksimum)
Wiring :

1. VCC

: positive power supply (5V)

2.

GND : negative power supply

3.

DOUT : sinyal output TTL

4.

AOUT : sinyal output Analog

Gambar 2.3. Sensor asap dan gas MQ-2

10

2.4

Modul ESP8266
ESP8266 adalah sebuah modul yang telah dilengkapi dengan stack

protokol yang telah terintegrasi dengan TCP/IP. Karena itu dengan menggunakan
modul ESP8266 sebuah mikrokontroler dapat mengakses ke segala jaringan
wireless/Wi-Fi Network yang tersedia. Karena pada ESP8266 sendiri sudah

dilengkapi dengan processor , memori dan juga akses ke GPIO. Hal ini
menyebabkan ESP8266 dapat secara langsung beroperasi tanpa ditambahkan
mikrokontroler arduino dan ditambah lagi dengan kemampuannya untuk
mensupport koneksi wi-fi secara langsung.
Skema dari Modul ESP8266 dapat dilihat pada Gambar 2.4. [2] dibawah
dengan karekteristik sebagai berikut :

Gambar 2.4. Modul ESP8266-01

2.5

Modul Bluetooth HC-05
HC-05 adalah sebuah modul Bluetooth SPP (Serial Port Protocol) yang

mudah digunakan untuk komunikasi serial wireless (nirkabel) yang mengkonversi
port serial ke Bluetooth. HC-05 menggunakan modulasi bluetooth V2.0 + EDR
(Enchanced Data Rate) 3 Mbps dengan memanfaatkan gelombang radio

berfrekuensi 2,4 GHz.

11

Modul ini dapat digunakan sebagai slave maupun master . HC-05 memiliki
2 mode konfigurasi, yaitu AT mode dan Communication mode. AT mode berfungsi
untuk melakukan pengaturan konfigurasi dari HC-05. Sedangkan Communication
mode berfungsi untuk melakukan komunikasi bluetooth dengan piranti lain.

Dalam penggunaannya, HC-05 dapat beroperasi tanpa menggunakan driver
khusus.
Untuk berkomunikasi antar Bluetooth, minimal harus memenuhi dua
kondisi berikut :
1. Komunikasi harus antara master dan slave.
2. Password harus benar (saat melakukan pairing).
Jarak sinyal dari HC-05 adalah 30 meter, dengan kondisi tanpa halangan.
Adapun spesifikasi dari HC-05 adalah :




Sensitivitas -80dBm (Typical)



Daya transmit RF sampai dengan +4dBm.



Kontrol PIO.





Operasi daya rendah 1,8V – 3,6V I/O.

Antarmuka UART dengan baudrate yang dapat diprogram.
Dengan antena terintegrasi.

Gambar 2.5. Modul Bluetooth HC-05 [10]

12

2.6

Serial Kamera
Kamera digunakan untuk mengambil gambar sesaat setelah sensor

mendeteksi adanya asap rokok. Kemudian mengirimkan gambar tersebut kepada
device user . Kamera yang akan digunakan adalah VC0607 Serial Camera
Module.

Gambar 2.6. Serial kamera VC0607 [11]

2.7.

SD Card Module
Selain itu juga ditambahkan modul SD Card untuk menyimpan hasil dari

tangkapan serial kamera. Komunikasi dari mikrokontroler dengan SD Card
menggunakan SPI.
Transfer

data

dengan

SPI

digunakan

antara

master

(mikrokontroler) dengan slave (mikrokontroler atau SPI device seperti MMC
card, SPI ADC) dalam jarak dekat dan kecepatan cukup tinggi.

Komunikasi serial data antara master dan slave pada SPI diatur melalui 4
buah pin yang terdiri dari SCLK, MOSI, MISO, dan SS :








SCLK dari master ke slave yang berfungsi sebagai clock
MOSI jalur data dari master dan masuk ke dalam slave
MISO jalur data keluar dari slave dan masuk ke dalam master
SS

(slave

select)

merupakan

mengaktifkan slave.

13

pin

yang

berfungsi

untuk

Gambar 2.7. SD Card Module [12]

14