Perancangan Alat Penyiraman Tanaman Otomatis Dengan Smartphone Android Menggunakan Mikrokontroler Arduino
6
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1.
Mikrokontroler
Mikrokontroler atau kadang dinamakan pengontrol tertanam (embedded controller)
adalah suatu sistem yang mengandung masukan atau keluaran, memori, dan prosesor
yang digunakan pada produk seperti mesin cuci, pemutar video, mobil dan telepon.
Pada prinsipnya, Mikrokontroler adalah sebuah komputer berukuran kecil yang dapat
digunakan untuk mengambil keputusan, melakukan hal-hal bersifat berulang dan
dapat berinteraksi dengan peranti-peranti eksternal, seperti sensor ultrasonik untuk
mengukur jarak terhadap suatu objek, penerima GPS untuk memperoleh data posisi
kebumian dari satelit dan motor untuk mengontrol gerak pada robot. Sebagai
komputer yang berukuran kecil, Mikrokontroler cocok diaplikasikan pada bendabenda yang berukuran kecil, misalnya sebgaai pengendali pada robot (Kadir, A.
2015).
Perusahaan yang terkenal sebagai pembuat Mikrokontroler antara lain adalah
Atmel, Cypress semikonduktor, Microchip Technology, dan
Silicon Laboratories.
Contoh nama-nama mikrokontroler untuk vendor masing-masing seperti berikut:
-
Atmel: AVR (8 bit), AVR32 (32 bit), AT912SAM (32 bit)
-
Cypress Semiconductor : M8C Core
-
Silicon Laboratories : 8051
Universitas Sumatera Utara
7
2.1.1. Arduino
Arduino
adalah suatu jenis papan (board) yang berisi Mikrokontroler. Dengan
perkataan lain, Arduino dapat disebut sebagai sebuah papan Mikrokontroler. Salah
satu papan Arduino yang terkenal adalah Arduino Uno. Papan Mikrokontroler ini
seukuran kartu kredit, dilengkapi dengan sejumlah pin yang digunakan untuk
berkomunikasi dengan peralatan lain (Kadir, A, 2015).
Para pemula sering bingung ketika mereka menemukan proyek Arduino.Bila
mencari Arduino, mereka sering menemukan nama-nama aneh seperti Uno,
Duemilanove, Diecimila, LilyPad, atau Seeduino. Masalahnya adalah bahwa Arduino
bukanlah satu barang saja.
Beberapa
tahun
yang
lalu
tim
Arduino
merancang sebuah
papan
mikrokontroler merilisnya di bawah secara open source. Anda bisa membeli papanpapan elektronik yang telah dirakit sepenuhnya di beberapa toko-toko elektronik,
namun orang orang juga bisa mendownload skematiknya dan merancang sendiri
papan tersebut. Selama bertahun-tahun tim Arduino meningkatkan desain papan dan
merilis beberapa versi baru. Mereka biasanya memiliki nama-nama Italia seperti Uno,
Duemilanove, atau Diecimila.
Selain itu juga masih banyak lagi jenis – jenis dari arduino seperti arduino
mega dimana ukurannya lebih besar dari arduino uno dan memiliki 54 pin digital dan
16 pin analog. Ada juga arduino Lilypad yaitu jenis arduino yang dapat dipasamg
dibaju. Kemudian ada arduino nano dimana jenis ini memiliki ukuran yang kecil yaitu
0.7 x 1.7 inchi, dan masih banyak jenis arduino yang lain seperti arduino BT, arduino
Leonardo, arduino intel galile (Agung, M. B, 2014).
Hal yang menarik, Arduino sesungguhnya adalah mikrokontroler serbaguna
yang memungkinkan untuk deprogram. Program di Arduino bisa dinamakansketch.
Dengan menuliskan sketch, kita bisa memberikan berbagai instruksi yang akan
membuat Arduino dapat melaksanakan tugas sesuai dengan intruksi-intruksi yang
diberikan. Selain itu, sketch dapat diubah sewaktu-waktu (Kadir, A, 2015).
Universitas Sumatera Utara
8
2.1.2. Arduino Uno
Arduino Uno
adalah board berbasis mikrokontroler pada ATmega328. Boar ini
memiliki 14 digital input / output pin (dimana 6 pin dapat digunakan sebagai output
PWM), 6 input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack listrik tombol
reset. Pin-pin ini berisi semua yang diperlukan untuk mendukung mikrokontroler,
hanya terhubung ke komputer dengan kabel USB atau sumber tegangan bisa didapat
dari adaptor AC-DC atau baterai untuk menggunakannya..
Gambar 2.1 Arduino Uno
(Sumber: http://www.tested.com/tech/robots/456466-know-your-arduino-guide-mostcommon-boards/)
Bagian-bagian penting dan penjelasan yang perlu diketahui pada Arduino Uno
seperti gambar berikut (Kadir, A, 2015).
Universitas Sumatera Utara
9
Gambar 2.2 Bagian – bagian di Arduino Uno
(Sumber: http://www.erekutoro.com/2015/12/yuk-kita-kenali-arduino-uno.html)
Penjelasan singkat beberapa bagian penting di papan Arduino Uno sebagai berikut :
1.
Mikrokontroler Atmega328 adalah “otak” papan Arduino Uno.Komponen Ini
adalah sebuah IC (Integrated Cercuit), yang dipasangkan ke header socket
sehingga memungkinkan untuk di lepas.
2.
Konektor USB (Universal Serial Bus) berfungsi sebagai penghubung ke PC.
Konektor ini sekaligus berfungsi sebagai pemasok tegangan bagi papan
Arduino.
3.
Konektor catu daya berfungsi penghubung ke sumber tegangan eksternal. Hal
ini diperlukan sekiranya konektor USB tidak dihubungkan ke PC. Adaptor AC
ke DC atau baterai dapat dihubungkan ke konektor ini. Konektor ini dapat
menerima tegangan dari +7 hingga +12V.
4.
Pin digital adalah pin yang digunakan untuk menerima atau mengirim isyarat
digital. Isyarat 1 (dinyatakan dengan HIGH) dipresentasikan dalam bentuk
tegangan 5V dan isyarat 0 (dinyatakan dengan LOW) diwujudkan dalam bentuk
tegangan 0V. Nomor untuk pin digital berupa 0 hingga 13. Beberapa pin digital,
yang dinamakan pin PWM dapat digunakan sebagai keluaran analog. Pin PWM
ditandai dengan symbol ~. Ada 6 pin PWM yaitu ~2,~5,~6,~9,~10 dan ~11.
Universitas Sumatera Utara
10
5.
Pin analog adalah pin yang dipakai untuk menerima nilai analog. Jika
dinyatakan dalam tegangan, nilai analog akan berkisar antara 0 hingga 5V.
6.
Pin sumber tegangan adalah pin yang memberikan catu daya kepada pin-pin lain
yang membutuhkan . pin yang tersedia yaitu VIN, GND, 5V, dan 3.3V. VIN
berasal dari voltage in, yaitu pin yang memberikan tegangan sama dengan
tegangan luar yang diberikan ke papan Arduino. Sedangkan GND berasal dari
ground. Total GND adalah 3. Satu pin terletak di sebelah pin digital 13.
7.
Tombol Reset akan membuat sketch dijalankan ulang. Kadangkala, instruksi
yang diberikan di Arduino menimbulkan hal yang tidak normal. Pada keadaan
seperti ini, tombol Reset yang ditekan membuat sistem di-reset dan kemudian
diaktifkan kembali.
Deskripsi Arduino Uno :
Tabel 2.1 Deskripsi Arduino Uno
Bagian
Keterangan
Mikrokontroller
Atemega328
Input voltage
7-12 V (rekomendsi)
Input Voltage
6-20 V (limit)
Operasi Voltage
5V
I/O
14 pin (6 pin untuk PWM)
Arus
50 mA
Flash Memory
32 KB
Bootloader
SRAM (Static Random Access Memory) 2 KB
EEPROM
1 KB
Kecepatan
16 Mhz
2.2. Sensor Kelembaban YL-69 (soil moisture sensor)
Sensor soil moisure adalah sensor kelembaban tanah yang bekerja dengan prinsip
membaca jumlah kadar air dalam tanah di sekitarnya. Sensor ini merupakan sensor
dengan teknologi rendah namun ideal untuk memantau kadar air tanah untuk tanaman.
Universitas Sumatera Utara
11
Sensor ini menggunakan dua konduktor untuk melewatkan arus melalui tanah,
kemudian membaca nilai resistensi untuk mendapatkan tingkat kelembaban (Oktafani,
et al, 2014).
Lebih banyak air dalam tanah akan membuat tanah lebih mudah
menghantarkan listrik (nilai resistensi lebih besar), sedangkan tanah kering akan
mempersulit untuk menghantarkan listrik (nilai resistensi kurang). Sensor soil moisure
dalam penerapannya membutuhkan daya sebesar 5v dengan keluaran tegangan sebesar
0-4,2v.
Gambar 2.3 Soil Moisture Sensor YL-69
2.3. Rangkaian LCD
Modul Liquid Crystal Display (LCD) merupakan modul display yang serbaguna,
karena dapat digunakan untuk menampilkan berbagai tampilan baik berupa huruf,
angka dan karakter lainnya serta dapat menampilkan berbagai macam tulisan maupun
pesan-pesan pendek lainnya. Rangkaian penampil LCD pada sistem ini difungsikan
untuk menampilkan suhu, kelembaban dan mode sistem yang sedang berjalan (Widhi,
H. N & Winarno, H, 2014).
Universitas Sumatera Utara
12
Gambar 2.4 Rangkaian LCD
Disini hubungan pin-pin dari LCD ke mikrokontroler Arduino Uno R3 :
- Pin 5 V terhubung ke pin 5 v dari mikrokontroler.
- GND terhubung ke ground sistem mikrokontroler.
- Pin RS (register select) terhubung ke pin 2 pada mikrokontroler.
- Pin E (enable) terhubung ke pin 3 pada mikrokontroler.
- Pin D4,D5,D6,D7 terhubung ke pin 4, 5, 6, 7 pada mikrokontroler
2.4. Bluetooth
Bluetooth merupakan sebuah teknologi komunikasi nirkabel (tanpa kabel) yang
beroperasi pada frekuensi 2,4 GHz unlicensed Industrial, Scientific and Medical (ISM)
dengan menggunakan frequency hopping spread spectrum untuk teknik penyebaran
spektrum serta mampu menyediakan layanan komunikasi data, dan suara secara realtime antara host-host bluetooth dengan jarak jangkauan layanan yang terbatas.
Sebuah perangkat yang memiliki teknologi Bluetooth seperti smartphone
Android
mempunyai kemampuan untuk melakukan pertukaran informasi dengan
Universitas Sumatera Utara
13
jarak jangkauan mulai dari 1 hingga 100 meter. Komunikasi pada bluetooth, sangat
erat kaitannya dengan jaringan piconet. Sebuah piconet paling sederhana terdiri atas
dua buah peralatan bluetooth di mana salah satu yang menginisiasi koneksi disebut
sebagai master , sedangkan peralatan lain yang menerima inisiasi dinamakan sebagai
slave. Untuk bisa bertukar data melalui bluetooth, maka kedua perangkat yang akan
dihubungkan harus melakukan pairing terlebih dahulu. Pairing adalah proses
pencarian perangkat oleh discover (pencari) pada discoverable (yang dicari), serta
melakukan autentikasi (kemampuan suatu perangkat di dalam mengenali perangkat
lain ketika saling berkomunikasi).
2.5. Bluetooth Module HC-05
Bluetooth Module HC-05 merupakan module komunikasi nirkabel pada frekuensi
2.4GHz dengan default koneksi hanya sebagai SLAVE. Sangat mudah digunakan
dengan mikrokontroler untuk membuat aplikasi wireless. Interface yang digunakan
adalah serial RXD, TXD, EN, STATE, VCC dan GND, RX adalah pin yang berfungsi
untuk menerima data yang dikirim ke modul HC-05. Tegangan sinyal pada pin sama
dengan tegangan sinyal pada pin TX, yaitu 3.3V. TX adalah pin yang berfungsi untuk
mengirimkan data dari modul ke perangkat lain (mikrokontroler). Tegangan sinyal
pada pin ini adalah 3.3V. Vcc adalah pin yang berfungsi sebagai input tegangan.
Hubungkan pin ini dengan sumber tegangan 5V.GND adalah pin yang berfungsi
sebagai ground.
Hubungkan
pin
ini
dengan ground pada
sumber
tegangan.
EN fungsinya untuk mengaktifkan mode AT Command Setup pada modul HC-05. Jika
pin ini ditekan sambil ditahan sebelum memberikan tegangan ke modul HC-05, maka
modul akan mengaktifkan mode AT Command Setup. Secara default, modul HC-05
aktif dalam mode Data . STATE adalah pin yang berfungsi untuk memberikan
informasi apakah modul terhubung atau tidak dengan perangkat lain. Built in LED
sebagai indikator koneksi bluetooth. 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. (Sianipar.R. S, 2016)
Universitas Sumatera Utara
14
Gambar 2.5 Bluetooth Module HC-05
Tegangan input antara 3.6 ~ 6V, jangan menghubungkan dengan sumber daya
lebih dari 7V. Arus saat unpaired sekitar 30 mA, dan saat paired (terhubung) sebesar
10 mA. 4 pin interface 3.3V dapat langsung dihubungkan ke berbagai macam
mikrokontroler (khusus Arduino, 8051, 8535, AVR, PIC, ARM, MSP430, etc.). Jarak
efektif jangkauan sebesar 10 meter, meskipun dapat mencapai lebih dari 10 meter,
namun kualitas koneksi makin berkurang.
2.6. Relay
Relay adalah komponen elektronika berupa saklar elektronik yang digerakkan oleh
arus listrik. Secara prinsip, relay merupakan tuas saklar dengan lilitan kawat pada
batang besi (solenoid) di dekatnya. Ketika solenoid dialiri arus listrik, tuas akan
tertarik karena adanya gaya magnet yang terjadi pada solenoid sehingga kontak saklar
akan menutup.
Pada saat arus dihentikan, gaya magnet akan hilang, tuas akan kembali ke posisi
semula dan kontak saklar kembali terbuka. Relay biasanya digunakan untuk
menggerakkan arus/tegangan yang besar (misalnya peralatan listrik 4 ampere AC 220
V) dengan memakai arus/tegangan yang kecil (misalnya 0.1 ampere 12 Volt DC).
Dalam pemakaiannya biasanya relay yang digerakkan dengan arus DC dilengkapi
dengan sebuah dioda yang di-paralel dengan lilitannya dan dipasang terbalik yaitu
Universitas Sumatera Utara
15
anoda pada tegangan (-) dan katoda pada tegangan (+). Ini bertujuan untuk
mengantisipasi sentakan listrik yang terjadi pada saat relay berganti posisi dari on ke
off agar tidak merusak komponen di sekitarnya (Siregar, J, 2010).
Gambar 2.6 Relay 12V
(Sumber: https://johnhendyofmars.com/2016/01/06/cara-untuk-mengetahuiangka-pada-pin-relay-mini-12v).
2.7. Android
Android adalah sistem operasi yang berbasis Linux untuk telepon seluler seperti
telepon pintar dan komputer tablet. Android menyediakan platform terbuka bagi para
pengembang untuk menciptakan aplikasi mereka sendiri untuk digunakan oleh
bermacam peranti bergerak.Android memiliki berbagaikeunggulan sebagai software
yang memakai basis kode komputer yang bisa didistribusikan secara terbuka(open
source) sehingga pengguna bisa membuat aplikasi baru di dalamnya. Beberapa bagian
penting dalam pengembangan Android (Murya, Y, 2014).
2.8. Software Pendukung
Untuk merancang program dan menulis data hex pada memori flash mikrokontroler
digunakan dua software utama, yaitu bahasa pemrograman C dengan software
Arduino IDE
dan Cadsoft Eagle. Untuk perancangan aplikasi kontrolnya
menggunakan software App Inventor.
2.8.1.
Arduino IDE
Universitas Sumatera Utara
16
Arduino IDE (Integrated. Development. Environtment) adalah sebuah editor yang
digunakan untuk menulis program, mengcompile, dan mengunggah ke papan Arduino.
Arduino development environment terdiri dari editor teks untuk menulis kode, area
pesan, console teks, toolbar dengan tombol-tombol untuk fungsi umum, dan sederetan
menu.
Software yang ditulis menggunakan Arduino dinamakan sketches. Sketches ini
ditulis di editor teks dan disimpan dengan file yang berekstensi .ino. Editor teks ini
mempunyai fasilitas untuk cut/paste dan search/replace. Area pesan berisi umpan
balik ketika menyimpan dan mengunggah file, dan juga menunjukkan jika terjadi
error (Oktofani, Y, et al. 2014).
Gambar 2.7 Tampilan Arduino IDE
Universitas Sumatera Utara
17
2.8.2. Cadsoft Eagle
Cadsoft Eagle merupakan software untuk mendesign sebuah rangkaian elektronika
kedalam sebuah papan projek yang biasa di sebut PCB (Printable Circuit Board). PCB
yang biasa dilihat di dalam sebuah prangkat elektronik biasanya berbentuk petak
berwarna hijau dengan banyak garis di dalamnya seperti pada mainboard computer
salah satu software untuk membuat desigen jalur-jalur pada papan itu bisa
mengunakan software ini.
Gambar 2.8 Tampilan Software Cadsoft Eagle
2.8.3. App Inventor
App Inventor merupakan aplikasi web sumber terbuka yang awalnya dikembangkan
oleh Google, dan saat ini dikelola oleh Massachusetts Institute of Technology (MIT).
App Inventor memungkinkan pengguna baru untuk memprogram komputer untuk
menciptakan aplikasi perangkat lunak bagi sistem operasi Android.
Universitas Sumatera Utara
18
App Inventor menggunakan antarmuka grafis, serupa dengan antarmuka
pengguna pada Scratch dan StarLogo TNG, yang memungkinkan pengguna untuk
men-drag-and-drop objek visual untuk menciptakan aplikasi yang bisa dijalankan
pada perangkat Android. Dalam menciptakan App Inventor , Google telah melakukan
riset yang berhubungan dengan komputasi edukasional dan menyelesaikan lingkungan
pengembangan online Google. Pada App Inventor ini terdapat beberapa komponen
yang terdiri dari: (1) Komponen desainer berjalan pada browser yang digunakan untuk
memilih komponen yang dibutuhkan dan mengatur propertinya. Pada komponen
desainer sendiri terdapat 5 bagian, yaitu palette, viewer, component, media dan
properties; (2) Block Editor berjalan di luar browser dan digunakan untuk membuat
dan mengatur behaviour dari komponen-komponen yang kita pilih dari komponen
desainer; (3) Emulator yang digunakan untuk menjalankan dan menguji project yang
telah dibuat. (Sari, M.W, et.al.2016)
Gambar 2.9 Tampilan Software App Inventor Secara Online
2.9. Pengairan pada Tanaman
Pertumbuhan tanaman sangat peka terhadap kekurangan air. Ada beberapa hal penting
yang harus diperhatikan dalam pengairan. Jenis tanah adalah bagian yang harus
Universitas Sumatera Utara
19
diperhitungkan dalam pengairan, artinya kita akan mengukur tingkat kadar PH dalam
air demi memperoleh kecocokan yang berkesinambungan dengan tanah untuk
memudahkan perkembangan akar.
Pemberian air yang cukup dapat membantu menstabilkan kelembaban tanah
sebagai pelarut pupuk. Kelembapan tanah jangan kurang dari 60 – 70% dari kapasitas
lapangan jadi sebagian besar lahan memerlukan pengairan tambahan agar
pertumbuhan dapat terjadi secara optimal.
Dalam melakukan pengairan hal yang harus diperhatikan antara lain: Jumlah
air yang di siram tidak menyebabkan tanaman tergenang, sebaiknya dilakukan per
periodik yang disesuaikan dengan fase pertumbuhan dan jenis tanaman yang ditanam,
dan waktu penyiraman paling baik dilakukan sewaktu suhu masih rendah pada waktu
awal pagi atau sore hari.
Hubungan kelembaban dan suhu udara sangat berkaitan. Apabila suhu udara
berubah, maka kelembaban tanah pun turut berubah. Semakin sedikit volume air pada
tanah dapat menyebabkan suhu udara meningkat. Hal ini dikarenakan kandungan air
dalam tanah dan di udara tidak dapat mempertahankan suhu dan kelembaban. Oleh
karena itu, penambahan volume air sangat erat hubungannya dengan ketersediaan air
dalam tanah (Nasrullah, E, et al. 2011).
Kadar air dalam udara dapat mempengaruhi pertumbuhan serta perkembangan
tumbuhan. Tempat yang lembab menguntungkan bagi tumbuhan di mana tumbuhan
bisa mendapatkan air lebih mudah serta berkurangnya penguapan yang akan
pembentukan sel yang lebih cepat (Nasrullah, E, et al. 2011).
Universitas Sumatera Utara
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1.
Mikrokontroler
Mikrokontroler atau kadang dinamakan pengontrol tertanam (embedded controller)
adalah suatu sistem yang mengandung masukan atau keluaran, memori, dan prosesor
yang digunakan pada produk seperti mesin cuci, pemutar video, mobil dan telepon.
Pada prinsipnya, Mikrokontroler adalah sebuah komputer berukuran kecil yang dapat
digunakan untuk mengambil keputusan, melakukan hal-hal bersifat berulang dan
dapat berinteraksi dengan peranti-peranti eksternal, seperti sensor ultrasonik untuk
mengukur jarak terhadap suatu objek, penerima GPS untuk memperoleh data posisi
kebumian dari satelit dan motor untuk mengontrol gerak pada robot. Sebagai
komputer yang berukuran kecil, Mikrokontroler cocok diaplikasikan pada bendabenda yang berukuran kecil, misalnya sebgaai pengendali pada robot (Kadir, A.
2015).
Perusahaan yang terkenal sebagai pembuat Mikrokontroler antara lain adalah
Atmel, Cypress semikonduktor, Microchip Technology, dan
Silicon Laboratories.
Contoh nama-nama mikrokontroler untuk vendor masing-masing seperti berikut:
-
Atmel: AVR (8 bit), AVR32 (32 bit), AT912SAM (32 bit)
-
Cypress Semiconductor : M8C Core
-
Silicon Laboratories : 8051
Universitas Sumatera Utara
7
2.1.1. Arduino
Arduino
adalah suatu jenis papan (board) yang berisi Mikrokontroler. Dengan
perkataan lain, Arduino dapat disebut sebagai sebuah papan Mikrokontroler. Salah
satu papan Arduino yang terkenal adalah Arduino Uno. Papan Mikrokontroler ini
seukuran kartu kredit, dilengkapi dengan sejumlah pin yang digunakan untuk
berkomunikasi dengan peralatan lain (Kadir, A, 2015).
Para pemula sering bingung ketika mereka menemukan proyek Arduino.Bila
mencari Arduino, mereka sering menemukan nama-nama aneh seperti Uno,
Duemilanove, Diecimila, LilyPad, atau Seeduino. Masalahnya adalah bahwa Arduino
bukanlah satu barang saja.
Beberapa
tahun
yang
lalu
tim
Arduino
merancang sebuah
papan
mikrokontroler merilisnya di bawah secara open source. Anda bisa membeli papanpapan elektronik yang telah dirakit sepenuhnya di beberapa toko-toko elektronik,
namun orang orang juga bisa mendownload skematiknya dan merancang sendiri
papan tersebut. Selama bertahun-tahun tim Arduino meningkatkan desain papan dan
merilis beberapa versi baru. Mereka biasanya memiliki nama-nama Italia seperti Uno,
Duemilanove, atau Diecimila.
Selain itu juga masih banyak lagi jenis – jenis dari arduino seperti arduino
mega dimana ukurannya lebih besar dari arduino uno dan memiliki 54 pin digital dan
16 pin analog. Ada juga arduino Lilypad yaitu jenis arduino yang dapat dipasamg
dibaju. Kemudian ada arduino nano dimana jenis ini memiliki ukuran yang kecil yaitu
0.7 x 1.7 inchi, dan masih banyak jenis arduino yang lain seperti arduino BT, arduino
Leonardo, arduino intel galile (Agung, M. B, 2014).
Hal yang menarik, Arduino sesungguhnya adalah mikrokontroler serbaguna
yang memungkinkan untuk deprogram. Program di Arduino bisa dinamakansketch.
Dengan menuliskan sketch, kita bisa memberikan berbagai instruksi yang akan
membuat Arduino dapat melaksanakan tugas sesuai dengan intruksi-intruksi yang
diberikan. Selain itu, sketch dapat diubah sewaktu-waktu (Kadir, A, 2015).
Universitas Sumatera Utara
8
2.1.2. Arduino Uno
Arduino Uno
adalah board berbasis mikrokontroler pada ATmega328. Boar ini
memiliki 14 digital input / output pin (dimana 6 pin dapat digunakan sebagai output
PWM), 6 input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack listrik tombol
reset. Pin-pin ini berisi semua yang diperlukan untuk mendukung mikrokontroler,
hanya terhubung ke komputer dengan kabel USB atau sumber tegangan bisa didapat
dari adaptor AC-DC atau baterai untuk menggunakannya..
Gambar 2.1 Arduino Uno
(Sumber: http://www.tested.com/tech/robots/456466-know-your-arduino-guide-mostcommon-boards/)
Bagian-bagian penting dan penjelasan yang perlu diketahui pada Arduino Uno
seperti gambar berikut (Kadir, A, 2015).
Universitas Sumatera Utara
9
Gambar 2.2 Bagian – bagian di Arduino Uno
(Sumber: http://www.erekutoro.com/2015/12/yuk-kita-kenali-arduino-uno.html)
Penjelasan singkat beberapa bagian penting di papan Arduino Uno sebagai berikut :
1.
Mikrokontroler Atmega328 adalah “otak” papan Arduino Uno.Komponen Ini
adalah sebuah IC (Integrated Cercuit), yang dipasangkan ke header socket
sehingga memungkinkan untuk di lepas.
2.
Konektor USB (Universal Serial Bus) berfungsi sebagai penghubung ke PC.
Konektor ini sekaligus berfungsi sebagai pemasok tegangan bagi papan
Arduino.
3.
Konektor catu daya berfungsi penghubung ke sumber tegangan eksternal. Hal
ini diperlukan sekiranya konektor USB tidak dihubungkan ke PC. Adaptor AC
ke DC atau baterai dapat dihubungkan ke konektor ini. Konektor ini dapat
menerima tegangan dari +7 hingga +12V.
4.
Pin digital adalah pin yang digunakan untuk menerima atau mengirim isyarat
digital. Isyarat 1 (dinyatakan dengan HIGH) dipresentasikan dalam bentuk
tegangan 5V dan isyarat 0 (dinyatakan dengan LOW) diwujudkan dalam bentuk
tegangan 0V. Nomor untuk pin digital berupa 0 hingga 13. Beberapa pin digital,
yang dinamakan pin PWM dapat digunakan sebagai keluaran analog. Pin PWM
ditandai dengan symbol ~. Ada 6 pin PWM yaitu ~2,~5,~6,~9,~10 dan ~11.
Universitas Sumatera Utara
10
5.
Pin analog adalah pin yang dipakai untuk menerima nilai analog. Jika
dinyatakan dalam tegangan, nilai analog akan berkisar antara 0 hingga 5V.
6.
Pin sumber tegangan adalah pin yang memberikan catu daya kepada pin-pin lain
yang membutuhkan . pin yang tersedia yaitu VIN, GND, 5V, dan 3.3V. VIN
berasal dari voltage in, yaitu pin yang memberikan tegangan sama dengan
tegangan luar yang diberikan ke papan Arduino. Sedangkan GND berasal dari
ground. Total GND adalah 3. Satu pin terletak di sebelah pin digital 13.
7.
Tombol Reset akan membuat sketch dijalankan ulang. Kadangkala, instruksi
yang diberikan di Arduino menimbulkan hal yang tidak normal. Pada keadaan
seperti ini, tombol Reset yang ditekan membuat sistem di-reset dan kemudian
diaktifkan kembali.
Deskripsi Arduino Uno :
Tabel 2.1 Deskripsi Arduino Uno
Bagian
Keterangan
Mikrokontroller
Atemega328
Input voltage
7-12 V (rekomendsi)
Input Voltage
6-20 V (limit)
Operasi Voltage
5V
I/O
14 pin (6 pin untuk PWM)
Arus
50 mA
Flash Memory
32 KB
Bootloader
SRAM (Static Random Access Memory) 2 KB
EEPROM
1 KB
Kecepatan
16 Mhz
2.2. Sensor Kelembaban YL-69 (soil moisture sensor)
Sensor soil moisure adalah sensor kelembaban tanah yang bekerja dengan prinsip
membaca jumlah kadar air dalam tanah di sekitarnya. Sensor ini merupakan sensor
dengan teknologi rendah namun ideal untuk memantau kadar air tanah untuk tanaman.
Universitas Sumatera Utara
11
Sensor ini menggunakan dua konduktor untuk melewatkan arus melalui tanah,
kemudian membaca nilai resistensi untuk mendapatkan tingkat kelembaban (Oktafani,
et al, 2014).
Lebih banyak air dalam tanah akan membuat tanah lebih mudah
menghantarkan listrik (nilai resistensi lebih besar), sedangkan tanah kering akan
mempersulit untuk menghantarkan listrik (nilai resistensi kurang). Sensor soil moisure
dalam penerapannya membutuhkan daya sebesar 5v dengan keluaran tegangan sebesar
0-4,2v.
Gambar 2.3 Soil Moisture Sensor YL-69
2.3. Rangkaian LCD
Modul Liquid Crystal Display (LCD) merupakan modul display yang serbaguna,
karena dapat digunakan untuk menampilkan berbagai tampilan baik berupa huruf,
angka dan karakter lainnya serta dapat menampilkan berbagai macam tulisan maupun
pesan-pesan pendek lainnya. Rangkaian penampil LCD pada sistem ini difungsikan
untuk menampilkan suhu, kelembaban dan mode sistem yang sedang berjalan (Widhi,
H. N & Winarno, H, 2014).
Universitas Sumatera Utara
12
Gambar 2.4 Rangkaian LCD
Disini hubungan pin-pin dari LCD ke mikrokontroler Arduino Uno R3 :
- Pin 5 V terhubung ke pin 5 v dari mikrokontroler.
- GND terhubung ke ground sistem mikrokontroler.
- Pin RS (register select) terhubung ke pin 2 pada mikrokontroler.
- Pin E (enable) terhubung ke pin 3 pada mikrokontroler.
- Pin D4,D5,D6,D7 terhubung ke pin 4, 5, 6, 7 pada mikrokontroler
2.4. Bluetooth
Bluetooth merupakan sebuah teknologi komunikasi nirkabel (tanpa kabel) yang
beroperasi pada frekuensi 2,4 GHz unlicensed Industrial, Scientific and Medical (ISM)
dengan menggunakan frequency hopping spread spectrum untuk teknik penyebaran
spektrum serta mampu menyediakan layanan komunikasi data, dan suara secara realtime antara host-host bluetooth dengan jarak jangkauan layanan yang terbatas.
Sebuah perangkat yang memiliki teknologi Bluetooth seperti smartphone
Android
mempunyai kemampuan untuk melakukan pertukaran informasi dengan
Universitas Sumatera Utara
13
jarak jangkauan mulai dari 1 hingga 100 meter. Komunikasi pada bluetooth, sangat
erat kaitannya dengan jaringan piconet. Sebuah piconet paling sederhana terdiri atas
dua buah peralatan bluetooth di mana salah satu yang menginisiasi koneksi disebut
sebagai master , sedangkan peralatan lain yang menerima inisiasi dinamakan sebagai
slave. Untuk bisa bertukar data melalui bluetooth, maka kedua perangkat yang akan
dihubungkan harus melakukan pairing terlebih dahulu. Pairing adalah proses
pencarian perangkat oleh discover (pencari) pada discoverable (yang dicari), serta
melakukan autentikasi (kemampuan suatu perangkat di dalam mengenali perangkat
lain ketika saling berkomunikasi).
2.5. Bluetooth Module HC-05
Bluetooth Module HC-05 merupakan module komunikasi nirkabel pada frekuensi
2.4GHz dengan default koneksi hanya sebagai SLAVE. Sangat mudah digunakan
dengan mikrokontroler untuk membuat aplikasi wireless. Interface yang digunakan
adalah serial RXD, TXD, EN, STATE, VCC dan GND, RX adalah pin yang berfungsi
untuk menerima data yang dikirim ke modul HC-05. Tegangan sinyal pada pin sama
dengan tegangan sinyal pada pin TX, yaitu 3.3V. TX adalah pin yang berfungsi untuk
mengirimkan data dari modul ke perangkat lain (mikrokontroler). Tegangan sinyal
pada pin ini adalah 3.3V. Vcc adalah pin yang berfungsi sebagai input tegangan.
Hubungkan pin ini dengan sumber tegangan 5V.GND adalah pin yang berfungsi
sebagai ground.
Hubungkan
pin
ini
dengan ground pada
sumber
tegangan.
EN fungsinya untuk mengaktifkan mode AT Command Setup pada modul HC-05. Jika
pin ini ditekan sambil ditahan sebelum memberikan tegangan ke modul HC-05, maka
modul akan mengaktifkan mode AT Command Setup. Secara default, modul HC-05
aktif dalam mode Data . STATE adalah pin yang berfungsi untuk memberikan
informasi apakah modul terhubung atau tidak dengan perangkat lain. Built in LED
sebagai indikator koneksi bluetooth. 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. (Sianipar.R. S, 2016)
Universitas Sumatera Utara
14
Gambar 2.5 Bluetooth Module HC-05
Tegangan input antara 3.6 ~ 6V, jangan menghubungkan dengan sumber daya
lebih dari 7V. Arus saat unpaired sekitar 30 mA, dan saat paired (terhubung) sebesar
10 mA. 4 pin interface 3.3V dapat langsung dihubungkan ke berbagai macam
mikrokontroler (khusus Arduino, 8051, 8535, AVR, PIC, ARM, MSP430, etc.). Jarak
efektif jangkauan sebesar 10 meter, meskipun dapat mencapai lebih dari 10 meter,
namun kualitas koneksi makin berkurang.
2.6. Relay
Relay adalah komponen elektronika berupa saklar elektronik yang digerakkan oleh
arus listrik. Secara prinsip, relay merupakan tuas saklar dengan lilitan kawat pada
batang besi (solenoid) di dekatnya. Ketika solenoid dialiri arus listrik, tuas akan
tertarik karena adanya gaya magnet yang terjadi pada solenoid sehingga kontak saklar
akan menutup.
Pada saat arus dihentikan, gaya magnet akan hilang, tuas akan kembali ke posisi
semula dan kontak saklar kembali terbuka. Relay biasanya digunakan untuk
menggerakkan arus/tegangan yang besar (misalnya peralatan listrik 4 ampere AC 220
V) dengan memakai arus/tegangan yang kecil (misalnya 0.1 ampere 12 Volt DC).
Dalam pemakaiannya biasanya relay yang digerakkan dengan arus DC dilengkapi
dengan sebuah dioda yang di-paralel dengan lilitannya dan dipasang terbalik yaitu
Universitas Sumatera Utara
15
anoda pada tegangan (-) dan katoda pada tegangan (+). Ini bertujuan untuk
mengantisipasi sentakan listrik yang terjadi pada saat relay berganti posisi dari on ke
off agar tidak merusak komponen di sekitarnya (Siregar, J, 2010).
Gambar 2.6 Relay 12V
(Sumber: https://johnhendyofmars.com/2016/01/06/cara-untuk-mengetahuiangka-pada-pin-relay-mini-12v).
2.7. Android
Android adalah sistem operasi yang berbasis Linux untuk telepon seluler seperti
telepon pintar dan komputer tablet. Android menyediakan platform terbuka bagi para
pengembang untuk menciptakan aplikasi mereka sendiri untuk digunakan oleh
bermacam peranti bergerak.Android memiliki berbagaikeunggulan sebagai software
yang memakai basis kode komputer yang bisa didistribusikan secara terbuka(open
source) sehingga pengguna bisa membuat aplikasi baru di dalamnya. Beberapa bagian
penting dalam pengembangan Android (Murya, Y, 2014).
2.8. Software Pendukung
Untuk merancang program dan menulis data hex pada memori flash mikrokontroler
digunakan dua software utama, yaitu bahasa pemrograman C dengan software
Arduino IDE
dan Cadsoft Eagle. Untuk perancangan aplikasi kontrolnya
menggunakan software App Inventor.
2.8.1.
Arduino IDE
Universitas Sumatera Utara
16
Arduino IDE (Integrated. Development. Environtment) adalah sebuah editor yang
digunakan untuk menulis program, mengcompile, dan mengunggah ke papan Arduino.
Arduino development environment terdiri dari editor teks untuk menulis kode, area
pesan, console teks, toolbar dengan tombol-tombol untuk fungsi umum, dan sederetan
menu.
Software yang ditulis menggunakan Arduino dinamakan sketches. Sketches ini
ditulis di editor teks dan disimpan dengan file yang berekstensi .ino. Editor teks ini
mempunyai fasilitas untuk cut/paste dan search/replace. Area pesan berisi umpan
balik ketika menyimpan dan mengunggah file, dan juga menunjukkan jika terjadi
error (Oktofani, Y, et al. 2014).
Gambar 2.7 Tampilan Arduino IDE
Universitas Sumatera Utara
17
2.8.2. Cadsoft Eagle
Cadsoft Eagle merupakan software untuk mendesign sebuah rangkaian elektronika
kedalam sebuah papan projek yang biasa di sebut PCB (Printable Circuit Board). PCB
yang biasa dilihat di dalam sebuah prangkat elektronik biasanya berbentuk petak
berwarna hijau dengan banyak garis di dalamnya seperti pada mainboard computer
salah satu software untuk membuat desigen jalur-jalur pada papan itu bisa
mengunakan software ini.
Gambar 2.8 Tampilan Software Cadsoft Eagle
2.8.3. App Inventor
App Inventor merupakan aplikasi web sumber terbuka yang awalnya dikembangkan
oleh Google, dan saat ini dikelola oleh Massachusetts Institute of Technology (MIT).
App Inventor memungkinkan pengguna baru untuk memprogram komputer untuk
menciptakan aplikasi perangkat lunak bagi sistem operasi Android.
Universitas Sumatera Utara
18
App Inventor menggunakan antarmuka grafis, serupa dengan antarmuka
pengguna pada Scratch dan StarLogo TNG, yang memungkinkan pengguna untuk
men-drag-and-drop objek visual untuk menciptakan aplikasi yang bisa dijalankan
pada perangkat Android. Dalam menciptakan App Inventor , Google telah melakukan
riset yang berhubungan dengan komputasi edukasional dan menyelesaikan lingkungan
pengembangan online Google. Pada App Inventor ini terdapat beberapa komponen
yang terdiri dari: (1) Komponen desainer berjalan pada browser yang digunakan untuk
memilih komponen yang dibutuhkan dan mengatur propertinya. Pada komponen
desainer sendiri terdapat 5 bagian, yaitu palette, viewer, component, media dan
properties; (2) Block Editor berjalan di luar browser dan digunakan untuk membuat
dan mengatur behaviour dari komponen-komponen yang kita pilih dari komponen
desainer; (3) Emulator yang digunakan untuk menjalankan dan menguji project yang
telah dibuat. (Sari, M.W, et.al.2016)
Gambar 2.9 Tampilan Software App Inventor Secara Online
2.9. Pengairan pada Tanaman
Pertumbuhan tanaman sangat peka terhadap kekurangan air. Ada beberapa hal penting
yang harus diperhatikan dalam pengairan. Jenis tanah adalah bagian yang harus
Universitas Sumatera Utara
19
diperhitungkan dalam pengairan, artinya kita akan mengukur tingkat kadar PH dalam
air demi memperoleh kecocokan yang berkesinambungan dengan tanah untuk
memudahkan perkembangan akar.
Pemberian air yang cukup dapat membantu menstabilkan kelembaban tanah
sebagai pelarut pupuk. Kelembapan tanah jangan kurang dari 60 – 70% dari kapasitas
lapangan jadi sebagian besar lahan memerlukan pengairan tambahan agar
pertumbuhan dapat terjadi secara optimal.
Dalam melakukan pengairan hal yang harus diperhatikan antara lain: Jumlah
air yang di siram tidak menyebabkan tanaman tergenang, sebaiknya dilakukan per
periodik yang disesuaikan dengan fase pertumbuhan dan jenis tanaman yang ditanam,
dan waktu penyiraman paling baik dilakukan sewaktu suhu masih rendah pada waktu
awal pagi atau sore hari.
Hubungan kelembaban dan suhu udara sangat berkaitan. Apabila suhu udara
berubah, maka kelembaban tanah pun turut berubah. Semakin sedikit volume air pada
tanah dapat menyebabkan suhu udara meningkat. Hal ini dikarenakan kandungan air
dalam tanah dan di udara tidak dapat mempertahankan suhu dan kelembaban. Oleh
karena itu, penambahan volume air sangat erat hubungannya dengan ketersediaan air
dalam tanah (Nasrullah, E, et al. 2011).
Kadar air dalam udara dapat mempengaruhi pertumbuhan serta perkembangan
tumbuhan. Tempat yang lembab menguntungkan bagi tumbuhan di mana tumbuhan
bisa mendapatkan air lebih mudah serta berkurangnya penguapan yang akan
pembentukan sel yang lebih cepat (Nasrullah, E, et al. 2011).
Universitas Sumatera Utara