bab ii dasar teori - Perpustakaan Universitas Mercu Buana

BAB II
DASAR TEORI
2.1
Gambaran Umum Alat Thermohygrometer
Gambar 2.1 Thermohygrometer
Thermohygrometer adalah suatu alat yang berfungsi untuk
mengukur suhu dan kelembaban pada suatu ruangan / daerah secara digital.
Biasanya pada suatu ruangan di rumah sakit seperti ruangan laboratorium,
ruang operasi, ruangan bayi, serta alat kesehatan berupa blood bank
refrigerator untuk memonitor suhu dan kelebaban ruang atau Chamber
tersebut.
Thermohygrometer
adalah
gabungan
dari
thermometer
(termometer) ruangan dan hygrometer (higrometer), yaitu alat untuk
mengukur suhu udara dan kelembaban, baik di ruang tertutup ataupun di
luar ruangan.
Thermometer adalah alat untuk mengukur panas atau suhu. Pada
umumnya, termometer terbuat dari tabung kaca yang diisi zat cair
termometrik. Termometer berasal dari bahasa Latin thermo, yang artinya
panas dan meter yang artinya untuk mengukur. Zat cair termometrik adalah
zat cair yang mudah mengalami perubahan fisis jika dipanaskan atau
5
http://digilib.mercubuana.ac.id/
didinginkan, misalnya air raksa dan alkohol. Termometer mempunyai
banyak jenis, antara lain termometer klinis, termometer dinding, termometer
bimetal, dan termometer maksimum-minimum. Termometer yang paling
sering ditemui dalam kehidupan sehari-hari adalah termometer air raksa.
Berikut ini jenis-jenis termometer yang umum dikenal:
1.
Termometer Air Raksa: Termometer air raksa adalah termometer cairan
yang menggunakan air raksa sebagai pengisinya. Termometer air raksa
merupakan thermometer yang banyak digunakan dibandingkan dengan
termometer alkohol. Termometer air raksa sering disebut termometer
maksimum karena dapat mengukur suhu yang sangat tinggi. Jika suhu
panas, air raksa akan memuai sehingga kita akan melihat air raksa pada
tabung kaca naik. Ketika suhu turun, air raksa akan tetap berada pada
posisi ketika suhu panas. Hal itu disebabkan adanya konstraksi yang
menghambat air raksa untuk kembali ke keadaan semula. OIeh karena
itu, untuk mengembalikan air raksa ke posisi dasar, kita harus mengibasngibaskan termometer ini dengan kuat.
2.
Termometer Alkohol: Termometer alkohol adalah termometer cairan
yang menggunakan alkohol sebagai pengisinya. Alkohol lebih peka
daripada air raksa sehingga ketika memuai, perubahan volumenya lebih
terlihat jelas. Termometer alkohol disebut juga termometer minimum
karena mampu mengukur suhu yang sangat rendah. Untuk menghindari
gaya gravitasi bumi, termometer minimum diletakkan mendatar. Apabita
suhu dingin, cairan alkohol akan bergerak ke kiri dan membawa indeks
penunjuk berwarna. Sebaliknya, apabila suhu naik, indeks penunjuk
berwarna akan tetap berada di posisinya walaupun cairan alkohol
mengembang dan bergerak ke kanan.
3.
Termometer Klinis: Termometer klinis adalah termometer yang
digunakan untuk mengukur suhu badan yang banyak dimanfaatkan di
bidang kedokteran. Suhu badan dapat diukur dengan termometer klinis
melalui rongga mulut, ketiak, atau di antara lekukan tubuh lainnya. Suhu
manusia normal berkisar pada 37°C dan tidak pernah lebih rendah dan
35°C dan tidak pernah lebih dari 42°C. Termometer klinis bisa dibedakan
6
http://digilib.mercubuana.ac.id/
menjadi dua, yaitu termometer klinis analog dan termometer klinis
digital. Perbedaan keduanya terletak pada penampilan nilai suhu. Pada
termometer klinis analog, nilai suhu ditampilkan oleh naiknya air raksa
dan kita mengetahui nilainya dengan melihat angka yang dicapai oleh air
raksa pada pipa kapiler. Sementara itu, pada termometer klinis digital,
nilai suhu ditampilkan langsung dalam bentuk angka yang tertera pada
layar kecil termometer.
4.
Termometer Inframerah: Termometer inframerah digunakan untuk
mengukur suhu benda yang sangat panas. benda yang bergerak cepat,
atau benda yang tidak boleh disentuh karena berbahaya. Termometer
inframerah bisa juga disebut termometer laser, jika menggunakan sinar
laser untuk mengukur suhu benda.
5.
Termometer Bimetal Mekanik: Termometer bimetal mekanik adalah
termometer yang terbuat dari dua buah kepingan logam yang memiliki
koefisien muai yang berbeda. Bimetal merupakan gabungan dari dua
kata, yaitu bi dan metal. Bi artinya duo dan metal artinya logam. Dua
kepingan logam pada termometer bimetal mekanik akan melengkung jika
terjadi perubahan suhu. Prinsip kerja dari termometer bimetal adalah
pada suhu tinggi, keping bimetal akan melengkung ke arah logam yang
memiliki koefisien muai lebih tinggi. Sebaliknya, jika suhu rendah,
keping bimetal akan melengkung ke arah logam yang memiliki koefisien
muai yang lebih rendah.
Hygrometer adalah sebuah alat untuk mengukur kadar kelembaban
udara pada lingkungan. Alat pengukuran kelembaban udara biasanya
bergantung pada pengukuran-pengukuran beberapa kuantitas lainnya seperti
temperatur, tekanan, masa atau perubahan mekanis atau elektris pada zat
dimana kelembaban terhisap. Dengan kalibrasi dan kalkulasi, pengukuranpengukuran ini dapat merujuk pada pengukuran kelembaban udara. Alat-alat
elektronik modern menggunakan kondensasi suhu, atau perubahan pada
kapasitansi elektrikal atau resistansi untuk mengukur perubahan kelembaban
udara. Adapun jenis dari hygrometer adalah:
7
http://digilib.mercubuana.ac.id/
1.
Tipe logam/kumparan kertas: Hygrometer logam/kumparan kertas yang
sudah sering kita lihat berguna untuk memberikan indikasi dial
perubahan kelembaban udara, tetapi alat ukur yang tidak mahal ini jarang
sekali terlihat serta akurasinya sangat terbatas. Pencarian melalui banyak
unit serupa pada tampilannya mungkin menampilkan perbedaanperbedaan indikasi kelembaban 10% atau lebih. Pada alat-alat ini,
kelembaban dihisap dengan strip kertas yang telah diresapi dengan
larutan garam di pasang pada kumparan logam, mengakibatkan-nya
berubah bentuk. Perubahannya ialah pada panjangnya (sama dengan yang
terjadi pada termometer bimetal) mengakibatkan indikasi pada dial.
2.
Hygrometer regangan rambut: Alat ini menggunakan rambut manusia
atau hewan yang diregangkan. Panjang rambut berubah dengan
kelembaban dan perubahan panjangnya dapat di perbesar dengan
mekanis atau diindikasikan pada skala atau dial. Alat seni tradisional
yang dikenal dengan "rumah cuaca" bekerja dengan prinsip ini.
3.
Hygrometer elektronik: Titik cair adalah temperatur dimana sebuah
contoh udara yang lembab (atau uap air apapun) pada tekanan yang
konstan mencapai uap air yang jenuh. Pada temperatur jenuh ini, akibat
pendinginan selanjutnya mengakibatkan terjadinya kondensasi air.
Hygrometer uap air kaca yang di dinginkan adalah salah satu alat ukur
presisi yang tersedia. Alat ini menggunakan kaca yang didinginkan serta
mekanis optoelektronik untuk mendeteksi kondensasi pada permukaan
kaca. Temperatur kaca dikontrol oleh umpan balik elektronik untuk
menjaga equilibrium dinamis diantara evaporasi dan kondensasi pada
kaca, hingga mendekati mengukur suhu titik cair. Akurasi 0.2 °C dapat
dicapai dengan alat ini, yang mana ber-korelasi pada tipikal lingkungan
kantor hingga akurasi RH sekitar ±0.5%. Alat ini memerlukan
pembersihan cukup sering, operator yang terlatih dan kalibrasi secara
periodik untuk mencapai level akurasi ini. Untuk aplikasi dimana harga,
ruang, atau kerapuhan berhubungan, tipe sensor elektronik lain
digunakan, dengan ke-akurasian yang lebih rendah. Pada sensor
kelembaban kapasitif, efek kelembaban pada dielektrik konstan dari
8
http://digilib.mercubuana.ac.id/
material polimer atau oksida logam diukur. Dengan kalibrasi, sensorsensor ini memiliki akurasi ±2% RH di rentang pengukuran 5–95% RH.
Tanpa kalibrasi, akurasinya 2-3 kali lebih jelek. Sensor kapasitif tahan
terhadap efek-efek seperti kondensasi dan temperatur tinggi sesaat.
Sensor kapasitif dapat terkontaminasi, lepas dan efek usia, tetapi cocok
untuk segala aplikasi. Pada sensor kelembaban resistif, perubahan
elektrikal resistansi material karena kelembaban diukur. Material
tipikalnya adalah garam dan polimer konduktif. Sensor resistif lebih tidak
sensitif dibanding sesnor kapasitif - perubahan pada material properti
kurang, jadi membutuhkan rangkaian yang lebih banyak. Properti
material juga cenderung tergantung pada keduanya kelembaban dan
temperatur, yang berarti praktisnya sensor harus dikombinasikan dengan
sensor temperatur. Akurasi dan kekuatan terhadap kondensasi bervariasi
tergantung pada material resistif yang dipilih. Sensor kondensasiresistansi yang kuat memiliki akurasi hingga ±3% RH. Pada sensor
kelembaban panas konduktivitas, perubahan pada konduktivitas panas
udara yang diakibatkan oleh kelembaban udara diukur. Sensor-sensor ini
mengukur kelembaban absolut daripada kelembaban relatif.
Aplikasi pada hygrometer ini sendiri disamping rumah dan ruangruang industri, alat ini juga dipakai pada beberapa inkubator, sauna,
bloodbank refrigerator dan museum. Hygrometer juga digunakan untuk
perawatan alat musik yang terbuat dari kayu seperti guitar dan biola dimana
bisa rusak oleh kondisi kelembaban udara yang salah. Di area hunian,
hygrometer digunakan untuk membantu kontrol kelembaban (kelembaban
yang terlalu rendah merusak kulit dan tubuh manusia, sebaliknya kelembaban
yang terlalu tinggi mengakibatkan pertumbuhan jamur dan debu tungau.
Hygrometer juga digunakan pada industri pelapisan (coating) karena aplikasi
cat dan pelapisan lainnya bisa sangat sensitif terhadap kelembaban udara dan
titik cair (dew point). Seiring meningkatnya jumlah permintaan pengukuran
psychrometer sekarang digantikan dengan dewpoint gauge yang dikenal
sebagai Dewcheck. Alat ini membuat pengukuran menjadi lebih cepat tetapi
sering tidak diijinkan pada lingkungan yang gampang meledak.
9
http://digilib.mercubuana.ac.id/
2.2
Suhu dan kelembaban
2.2.1 Suhu
Suhu adalah keadaan yang menentukan kemampuan benda tersebut,
untuk memindahkan (transfer) panas ke benda – benda lain atau menerima
panas dari benda –benda lain , derajat panas dinginnya suatu benda yang
dinyatakan dalam energi kinetik.
Terdapat banyak standar satuan hitungan skala satuan suhu di dunia,
namun yang akan di bahas lebih lanjut rumusnya hanya yang paling banyak
dipakai yaitu:
a.
Celcius atau selsius.
b.
Fahrenheit atau fahrenheit.
c.
Reamur atau rheamur.
d.
Kelvin
Didalam pengukuran suhu terdapat beberapa jenis satuan suhu yang
sering dan paling banyak dipelajari, diantaranya celcius, fahrenheit, reamur,
dan kelvin. Dari kempat satuan tersebut dapan diketahui nilai konversinya
dengan rumus, yaitu sebagai berikut:
1.
Celcius ke Fahrenheit = suhu celcius : 5 x 9 + 32
2.
Celcius ke Reamur
= suhu celcius : 5 x 4
3.
Celcius ke Kelvin
= suhu celcius + 273,15
4.
Fahrenheit ke Celsius = (suhu fahrenheit - 32) : 9 x 5
5.
Fahrenheit ke Reamur = (suhu fahrenheit - 32) : 9 x 4
6.
Fahrenheit ke Kelvin
7.
Reamur ke Fahrenheit = suhu reamur : 4 x 9 + 32
8.
Reamur ke Celsius
= suhu reamur : 4 x 5
9.
Reamur ke Kelvin
= suhu reamur : 4 x 5 + 273,15
10. Kelvin ke Fahrenheit
= (suhu fahrenheit - 32) : 9 x 5 + 273,15
= (suhu kelvin - 273,15) : 5 x 9 + 32
10
http://digilib.mercubuana.ac.id/
11. Kelvin ke Reamur
= (suhu kelvin - 273,15) : 5 x 4
12. Kelvin ke Celcius
= suhu kelvin - 273,15
Perlu diketahui perbandingan suhu antara celcius, reamur dan
fahrenheit adalah 5 : 4 : 9. Khusus untuk fahrenheit perlu ditambah 32 untuk
merubahnya. Perubahan lain bisa melakukan penyesuaian rumus di atas.
Suhu ruangan dalam penggunaan ilmiah adalah suatu rentang suhu
yang dianggap biasa / nyaman oleh manusia dalam satu ruang tertutup. Suhu
kamar ini merupakan suhu yang dapat diukur dengan thermometer yang
diambil dari udara disekitarnya sehiungga, jika diambil dari berbagai titik di
suatu daerah pada suatu waktu mungkin bervariasi . hal ini karena suhu yang
diambil dilingkungan sedingin itu adalah kutub utara, di mana suhu akan titik
beku ( diukur dalam derajat fahrenheit atau celcius), akan ada yang diambil di
tempat sehangat padang pasir di mana suhu akan jauh di atas nol.
Dalam pengukuran suhu alat yang paling sering digunakan adalah
thermometer, yaitu alat untuk menetukan skala suhu pada suatu tempat.
Berdasarkan penggunaan thermometer dibagi dua yaitu thermometer untuk
mengukur suhu tubuh dan thermometer untuk mengukur suhu ruangan.
2.2.2 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Suhu
Perlu diketahui bahwa suhu udara antara daerah satu dengan
daerah lain sangat berbeda. Hal ini sangat dipengaruhi oleh beberapa
faktor yaitu:
1. Sudut datangnya sinar matahari
Sudut datang sinar matahari terkecil terjadi pada pagi dan sore hari,
sedangkan sudut terbesar pada waktu siang hari tepatnya pukul 12:00
siang.
2. Tinggi Rendahnya Tempat
Semakin tinggi kedudukan suatu tempat, temperatur udara di tempat
tersebut akan semakin rendah, begitu juga sebaliknya semakin rendah
kedudukan suatu tempat, temperatur udara akan semakin tinggi.
3. Angin dan Arus Laut
11
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Angin dan arus laut mempunyai pengaruh terhadap temperatur udara.
Misalnya, angin angin dan arus dari daerah yang dilalui angin tersebut
juga akan menjadi dingin.
4. Lamanya Penyinaran
Lamanya penyinaran matahari pada suatu tempat tergantung dari letak
garis lintangnya. Semakin rendah letak garis lintangnya maka semakin
lama daerah tersebut mendapatkan sinar matahari dan suhu udaranya
semakin tinggi.
5. Awan
Awan merupakan penghalang pancaran sinar matahari ke bumi. Jika
suatu daerah terjadi awan (mendung) maka panas yang diterima bumi
relatif berkurang, hal ini disebabkan sinar matahari tertutup oleh awan
dan kemampuan awan menyerap panas matahari.
2.2.3 Kelembaban Udara
Kelembaban udara adalah banyaknya kandungan uap air di
atmosfer. Udara atmosfer adalah campuran dari udara kering dan uap air.
Kelembaban adalah kandungan total uap air air di udara. Kelembaban
udara menggambarkan kandungan uap air di udara yang dapat dinyatakan
sebagai kelembaban mutlak. Secara umum kelembaban (Relative
humanity) adalah istilah yang digunakan untuk menggambarkan jumlah
uap air yang ada di udara dan dinyatakan dalam persen dari jumlah uap air
maksimum dalam kondisi jenuh. Satuan yang digunakan dalam
kelembaban adalah persen (%) RH. Alat yang digunakan untuk mengukur
kelembaban udara disebut higrometer. Terdapat tiga macam kelembaban
udara yaitu sebagai berikut:
1. Kelembaban absolut atau densitas uap air. Angka yang menunjukkan
perbandingan kandungan uap air dalam setiap unit volume udara.
Satuan yang bisa digunakan untuk menyatakan kelengasan absolut
adalah gram/m3atau gram/liter. Sebagai contoh jika dalam 1 m3 udara
12
http://digilib.mercubuana.ac.id/
terkandung uap air sebanyak 25 gram, dikatakan kelembaban
absolutnya aldah 25 gram/m.
2. Kelembaban spesifik. Perbandingan kandungan uap air dalam setiap
satuan massa (satuan berat) udara. Satuan yang bisa digunakan untuk
menyatakan kelembaban spesifik adalah gram/kg. Sebagai contoh jika
dalam 1 kg udara terkandung uap air sebanyak 100 gram. Kelengasan
spesifiknya adalah 100 gram/kg.
3. Kelembaban relatif atau kelengasan nisbivyang dinyatakan dalam
persen. Lengas nisbi (LN) adalah perbandingan tekanan uap yang
sebenarnya dengan tekanan maksimum pada suhu yang sama.
2.2.4 Faktor–faktor yang Mempengaruhi Kelembaban
Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi kelembaban udara
antara lain:
1. Ketinggian Tempat
Apabila semakin tinggi tempat maka tingkat kelembabannya juga tinggi
karena suhunya rendah dab sebaliknya semakin rendah tempat suhunya,
maka semakin tinggi suhu dan kelembabannyapun menjadi rendah.
2. Kerapatan Udara
Kerapatan udara ini juga berkaitan dengan suhu di mana apabila
kerapatan udara pada daerah tertentu rapat maka kelembabannya tinggi,
sedangkan apabila kerapatan udara udara suatu daerah renggang maka
tingkat kelembabannya juga rendah. Diketahui pula anatara kerapatan,
suhu, dan ketinggian tempat juga saling berkaitan.
3. Tekanan Udara
Tekanan udara juga mempengaruhi kelembaban udara di mana apabila
tekanan udara pada suatu daerah tinggi maka kelembabannya juga
tinggi. Hal ini disebabkan oleh kapasitas lapang udaranya yang rendah.
4. Radiasi Matahari
Dimana adanya radiasi matahari ini menyebabkan terjadinya penguapan
air di udara yang tingkatannya tinggi, sehingga kelembaban udaranya
semakin besar.
13
http://digilib.mercubuana.ac.id/
5. Angin
Adanya angin ini memudahkan proses penguapan yang terjadi pada air
laut menguap ke udara. Besarnya tingkat kelembaban ini dapat berubah
menjadi air dan terjadi pembentukan awan.
6. Suhu
Apabila suhu suatu tempat tinggi maka kelembabanya rendah dan
sebaliknya, apabila suhu rendah maka kelembaban tinggi. Dimana hal
ini antara suhu dan kelembaban juga berkaitan dengan ketinggian
tempat.
2.2.5 Hubungan antara Suhu dan Kelembaban
Jadi hubungan antara suhu dan kelembaban jika suhu itu rendah maka
tingkat kelembaban udara juga semakin rendah yang artinya suhu dan
kelembaban udara berbanding lurus. Misalkan dalam suatu ruangan yang panas
dan lembab maka nilai dari suhu dan kelembaban akan tinggi yang akan
berakibat tubuh manusia menjadi berkeringat. Sebaliknya jika tubuh manusia
berada dalam ruangan yang dingin dengan kelembaban yang rendah maka akan
berakibat tubus tersebut mendai tidak berkeringat dan kulit akan kering.
2.3
Komponen Inti
2.3.1 Sensor Suhu DS18B20 TO-92
Gambar 2.2 sensor DS18B20
14
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Sensor suhu DS18S20 TO-92 berfungsi untuk merubah besaran
panas yang ditangkap menjadi besaran tegangan. Jenis sensor suhu yang
digunakan dalam sistem ini adalah IC DS18S20 TO-92, Sensor ini memiliki
presisi tinggi dan tahan terhadap air. Sensor ini sangat sederhana dengan
hanya memiliki buah 3 kaki. Kaki pertama IC DS18S20 TO-92 dihubung
kesumber daya, kaki kedua sebagai output dan kaki ketiga dihubung ke
ground.
Gambar 2.3 schematic DS18B20 TO-92
2.3.1.1 Cara Kerja Sensor Suhu DS18B20 TO-92
Pada prinsipnya sensor suhu DS18B20 bekerja dengan rentang
tegangan 3-5.5 V yang dihubungkan ke kaki 3 atau kabel berwarna merah,
untuk grounding atau gnd dapat dihubungkan ke kaki 1 atau kabel
berwarna hitam, dan untuk kaki nomer 2 atau kabel berwarna biru dapat
dihubungkan ke Arduino. Jika kaki 3 mulai diberikan tegangan maka
sensor akan bekerja untuk membaca suhu dan selanjutnya mengirimkan
data single bus dari kaki nomer 2 dikirimkan menuju arduino. Arduino
15
http://digilib.mercubuana.ac.id/
akan mengolah data dan menyampaikan data tersebut ke LCD yang
selanjutnya akan DS18B20 TO-92.
2.3.3.2 Karakteristik Sensor Suhu DS18B20 TO-92
Pada sensor suhu DS18B20 TO-92 memiliki beberapa karakteristik,
adapun karakteristik dari sensor DS18B20 TO-92 adalah sebagai berikut:
1. Dapat melakukan pembacaan langsung ke dalam besaran Celcius.
2. Faktor skala linier + 10mV/ °C. Dengan artian bahwa setiap kenaikan
suhu 10C makan terjadi kenaikan 10mV dan seterusnya setiap
kenaikan suhu.
3. Tingkat akurasi 0,5°C. saat suhu kamar (25°C).
4. Rentang suhu antara -55°C sampai 150°C.
5. Bekerja pada tegangan 3 volt hingga 5.5 volt.
6. Dapat bekerja pada arus 60 mA.
7. Impedansi keluaran rendah 0,1Ω untuk beban 1 mA.
Sensor DS18S20 TO-92 bekerja dengan mengubah besaran suhu
menjadi besaran tegangan. Tegangan ideal yang keluar dari DS18S20 TO92 mempunyai perbandingan 100°C setara dengan 1 volt. Sensor ini
mempunyai pemanasan diri (self heating) kurang dari 0,1°C, dapat
dioperasikan dengan menggunakan power supply tunggal dan dapat
dihubungkan antar muka (interface) rangkaian control.
16
http://digilib.mercubuana.ac.id/
2.3.2 DHT 11
Gambar 2.4 DHT11
Sensor DHT11 merupakan sensor dengan kalibrasi sinyal digital
yang mampu memberikan informasi suhu dan kelembaban. Sensor ini
tergolong komponen yang memiliki tingkat stabilitas yang sangat baik,
apalagi digandeng dengan kemampuan mikrokontroler ATmega8. Produk
dengan kualitas terbaik, respon pembacaan yang cepat, dan kemampan
anti-interference, dengan harga yang terjangkau.
DHT11 memiliki fitur kalibrasi yang sangat akurat. Koefisien
kalibrasi ini disimpan dalam OTP program memory, sehingga ketika
internal sensor mendeteksi sesuatu suhu atau kelembaban, maka module
ini membaca koefisien sensor tersebut. Ukurannya yang kecil, dengan
transmisi sinyal hingga 20 meter, membuat produk ini cocok digunakan
untuk banyak aplikasi-aplikasi pengukuran suhu dan kelembaban.
2.3.2.1 Cara Kerja Alat
Pada saat catu daya dialiri arus listrik dari PLN yang berupa
arus AC, arus AC tersebut di ubah menjadi arus DC di catu daya
tersebut. Kemudian di transformasikan kedalam MCU (Mikrocontroller
17
http://digilib.mercubuana.ac.id/
unit), sensor DHT11 mengrimkan sinyal ke dalam MCU tersebut dan
hasilnya ditampilkan ke LCD.
2.3.2.2 Spesifikasi Alat
Sensor Kelembaban memiliki spesifikasi sebagai berikut:
a.
Keakurasian: pada 25°C ±5% RH
b.
Stabilitas pada jangka panjang: < ± 0.5% RH / yr in
Sensor suhu memiliki tingkat keakurasian ±2°C pada 25°C
Pencatu dayaan
a.
Tegangan masukan
: DC 3.5 ～ 5.5V
b.
Arus
: Antara 0.3mA sampai 60μA
c.
Pengambilan data
: Lebih dari 2 seconds
Gambaran PIN pada board DHT 11
a.
+
: Berfungsi untuk memberikan tegangan DC positif
b.
–
: Berfungsi untuk GND atau 0
c.
Out
: Berfungsi untuk pengiriman data yang akan
ditransmisikan kebagaian arduino.
2.3.3 Mikrokontroller
Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer fungsional dalam
sebuah chip. Di dalamnya terkandung sebuah inti prosesor, memori
(sejumlah
kecil
RAM,
memori
program,
atau
keduanya),
dan
perlengkapan input output. Dengan kata lain, mikrokontroler adalah suatu
alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta
kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus,
cara kerja mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis data.
Mikrokontroler merupakan komputer didalam chip yang digunakan untuk
mengontrol peralatan elektronik, yang menekankan efisiensi dan
efektifitas biaya. Secara harfiahnya bisa disebut “pengendali kecil” dimana
sebuah
sistem
elektronik
yang
sebelumnya
18
http://digilib.mercubuana.ac.id/
banyak
memerlukan
komponen-komponen pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat
direduksi/diperkecil dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh
mikrokontroler ini. Mikrokonktroler digunakan dalam produk dan alat
yang dikendalikan secara automatis, seperti sistem kontrol mesin, remote
controls, mesin kantor, peralatan rumah tangga, alat berat, dan mainan.
Dengan mengurangi ukuran, biaya, dan konsumsi tenaga dibandingkan
dengan mendesain menggunakan mikroprosesor memori, dan alat input
output yang terpisah, kehadiran mikrokontroler membuat kontrol elektrik
untuk berbagai proses menjadi lebih ekonomis. Dengan penggunaan
mikrokontroler ini maka :
1. Sistem elektronik akan menjadi lebih ringkas.
2. Rancang bangun sistem elektronik akan lebih cepat karena sebagian
besar dari sistem adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi.
3. Pencarian gangguan lebih mudah ditelusuri karena sistemnya yang
kompak.
Agar sebuah mikrokontroler dapat berfungsi, maka mikrokontroler
tersebut memerlukan komponen eksternal yang kemudian disebut dengan
sistem minimum. Untuk membuat sistem minimal paling tidak dibutuhkan
sistem clock dan reset, walaupun pada beberapa mikrokontroler sudah
menyediakan sistem clock internal, sehingga tanpa rangkaian eksternal
pun mikrokontroler sudah beroperasi. Yang dimaksud dengan sistem
minimal adalah sebuah rangkaian mikrokontroler yang sudah dapat
digunakan untuk menjalankan sebuah aplikasi. Sebuah IC mikrokontroler
tidak dapat berdiri sendiri. Pada dasarnya sebuah sistem minimal
mikrokontroler AVR memiliki prinsip yang sama.
2.3.3.1 Fitur AVR ATMega328
ATMega328 adalah mikrokontroller keluaran dari atmel yang
mempunyai arsitektur RISC (Reduce Instruction Set Computer) yang dimana
setiap proses eksekusi data lebih cepat dari pada arsitektur CISC (Completed
Instruction Set Computer). Mikrokontroller ini memiliki beberapa fitur antara
lain :
19
http://digilib.mercubuana.ac.id/
a. 130 macam instruksi yang hampir semuanya dieksekusi dalam satu siklus
clock.
b. 32 x 8-bit register serba guna.
c. Kecepatan mencapai 16 MIPS dengan clock 16 MHz.
d. 32 KB Flash memory dan pada arduino memiliki bootloader yang
menggunakan 2 KB dari flash memori sebagai bootloader.
e. Memiliki EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only
Memory) sebesar 1KB sebagai tempat penyimpanan data semi permanent
karena EEPROM tetap dapat menyimpan data meskipun catu daya
dimatikan.
f.
Memiliki SRAM (Static Random Access Memory) sebesar 2KB.
g. Memiliki pin I/O digital sebanyak 14 pin 6 diantaranya PWM (Pulse
Width Modulation) output.
h. Master / Slave SPI Serial interface.
Mikrokontroller ATmega 328 memiliki arsitektur Harvard, yaitu
memisahkan memori untuk kode program dan memori untuk data sehingga
dapat memaksimalkan kerja dan parallelism. Instruksi – instruksi dalam
memori program dieksekusi dalam satu alur tunggal, dimana pada saat satu
instruksi dikerjakan instruksi berikutnya sudah diambil dari memori program.
Konsep inilah yang memungkinkan instruksi – instruksi dapat dieksekusi
dalam setiap satu siklus clock. 32 x 8-bit register serba guna digunakan untuk
mendukung operasi pada ALU ( Arithmatic Logic unit ) yang dapat dilakukan
dalam satu siklus. 6 dari register serbaguna ini dapat digunakan sebagai 3
buah register pointer 16-bit pada mode pengalamatan tidak langsung untuk
mengambil data pada ruang memori data. Ketiga register pointer 16-bit ini
disebut dengan register X ( gabungan R26 dan R27 ), register Y ( gabungan
R28 dan R29 ), dan register Z ( gabungan R30 dan R31 ). Hampir semua
instruksi AVR memiliki format 16-bit. Setiap alamat memori program terdiri
dari instruksi 16-bit atau 32-bit. Selain register serba guna di atas, terdapat
register lain yang terpetakan dengan teknik memory mapped I/O selebar 64
byte. Beberapa register ini digunakan untuk fungsi khusus antara lain sebagai
register control Timer/ Counter, Interupsi, ADC, USART, SPI, EEPROM, dan
fungsi I/O lainnya. Register – register ini menempati memori pada alamat
0x20h – 0x5Fh.
20
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Berikut ini adalah tampilan architecture ATmega 328 :
Gambar 2.5 architecture ATmega 328
Konfigurasi PIN ATMega328 dapat diperlihatkan pada gambar sebagai
berikut:
Gambar 2.6 Konfigurasi pin ATMega328
21
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Tabel 2.1 Konfigurasi Port B
Tabel 2.2 Konfigurasi Port C
22
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Tabel 2.3 Konfigurasi Port D
2.3.3.2 Arduino Uno
Arduino adalah sebuah board mikrokontroller yang berbasis
ATmega328. Arduino memiliki 14 pin input/output yang mana 6 pin
dapat digunakan sebagai output PWM, 6 analog input, crystal osilator
16 MHz, koneksi USB, jack power, kepala ICSP, dan tombol reset.
Arduino mampu mensupport mikrokontroller; dapat dikoneksikan
dengan komputer menggunakan kabel USB.
Gambar 2.7 Board Arduino ATmega328
23
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Arduino memiliki kelebihan tersendiri disbanding board
mikrokontroler yang lain selain bersifat open source, arduino juga
mempunyai bahasa pemrogramanya sendiri yang berupa bahasa C.
Selain itu dalam board arduino sendiri sudah terdapat loader yang
berupa USB sehingga memudahkan kita ketika kita memprogram
mikrokontroler didalam arduino. Sedangkan pada kebanyakan board
mikrokontroler yang lain yang masih membutuhkan rangkaian loader
terpisah untuk memasukkan program ketika kita memprogram
mikrokontroler. Port USB tersebut selain untuk loader ketika
memprogram, bisa juga difungsikan sebagai port komunikasi serial.
Arduino menyediakan 20 pin I/O, yang terdiri dari 6 pin input analog
dan 14 pin digital input/output. Untuk 6 pin analog sendiri bisa juga
difungsikan sebagai output digital jika diperlukan output digital
tambahan selain 14 pin yang sudah tersedia. Untuk mengubah pin
analog menjadi digital cukup mengubah konfigurasi pin pada program.
Dalam board kita bisa lihat pin digital diberi keterangan 0-13, jadi
untuk menggunakan pin analog menjadi output digital, pin analog yang
pada keterangan board 0-5 kita ubah menjadi pin 14-19. dengan kata
lain pin analog 0-5 berfungsi juga sebagi pin output digital 14-16.
Sifat open source arduino juga banyak memberikan keuntungan
tersendiri untuk kita dalam menggunakan board ini, karena dengan sifat
open source komponen yang kita pakai tidak hanya tergantung pada
satu merek, namun memungkinkan kita bisa memakai semua komponen
yang ada dipasaran.
Bahasa pemrograman arduino merupakan bahasa C yang sudah
disederhanakan
syntax
bahasa
pemrogramannya
sehingga
mempermudah kita dalam mempelajari dan mendalami mikrokontroler.
Berikut ini adalah konfigurasi dari arduino duemilanove 328 :

Mikronkontroler ATmega328.

Beroperasi pada tegangan 5V.

Tegangan input (rekomendasi) 7 - 12V.
24
http://digilib.mercubuana.ac.id/

Batas tegangan input 6 - 20V.

Pin digital input/output 14 (6 mendukung output PWM).

Pin analog input 6.

Arus pin per input/output 40 mA.

Arus untuk pin 3.3V adalah 50 mA.

Flash Memory 32 KB (ATmega328) yang mana 2 KB digunakan
oleh bootloader.

SRAM 2 KB (ATmega328).

EEPROM 1KB (ATmega328).

Kecepatan clock 16 MHz.
Arduino dapat diberikan power melalui koneksi USB atau
power supply. Powernya diselek secara otomatis. Power supply dapat
menggunakan adaptor DC atau baterai. Adaptor dapat dikoneksikan
dengan mencolok jack adaptor pada koneksi port input supply. Board
arduino dapat dioperasikan menggunakan supply dari luar sebesar 6 20 volt. Jika supply kurang dari 7V, kadangkala pin 5V akan menyuplai
kurang dari 5 volt dan board bisa menjadi tidak stabil. Jika
menggunakan lebih dari 12 V, tegangan di regulator bisa menjadi
sangat panas dan menyebabkan kerusakan pada board. Rekomendasi
tegangan ada pada 7 sampai 12 volt. Penjelasan pada pin power adalah
sebagai berikut :
o
Vin
Tegangan input ke board arduino ketika menggunakan tegangan
dari luar (seperti yang disebutkan 5 volt dari koneksi USB atau
tegangan yang diregulasikan). Pengguna dapat memberikan
tegangan melalui pin ini, atau jika tegangan suplai menggunakan
power jack, aksesnya menggunakan pin ini.
o
5V
Regulasi power supply digunakan untuk power mikrokontroller dan
komponen lainnya pada board. 5V dapat melalui Vin menggunakan
25
http://digilib.mercubuana.ac.id/
regulator pada board, atau supply oleh USB atau supply regulasi
5V lainnya.
o
3V3
Suplai 3.3 volt didapat oleh FTDI chip yang ada di board. Arus
maximumnya adalah 50mA. Pin Ground berfungsi sebagai jalur
ground pada arduino.
Memori ATmega328 memiliki 32 KB flash memori untuk
menyimpan kode, juga 2 KB yang digunakan untuk bootloader.
ATmega328 memiliki 2 KB untuk SRAM dan 1 KB untuk EEPROM.
Input dan Output Setiap 14 pin digital pada arduino dapat digunakan
sebagai
input
atau
output,
menggunakan
fungsi
pinMode(),
digitalWrite(), dan digitalRead(). Input/output dioperasikan pada 5 volt.
Setiap pin dapat menghasilkan atau menerima maximum 40 mA dan
memiliki internal pull-up resistor (disconnected oleh default) 20-50
KOhms. Beberapa pin memiliki fungsi sebagai berikut :
 Serial : 0 (RX) dan 1 (TX). Digunakan untuk menerima (RX) dan
mengirim (TX) TTL data serial. Pin ini terhubung pada pin yang
koresponding dari USB FTDI ke TTL chip serial.
 Interupt eksternal : 2 dan 3. Pin ini dapat dikonfigurasikan untuk
trigger sebuah interap pada low value, rising atau falling edge, atau
perubahan nilai.
 PWM : 3, 5, 6, 9, 10, dan 11. Mendukung 8-bit output PWM
dengan fungsi analogWrite().
 SPI : 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Pin ini mensuport
komunikasi SPI, yang mana masih mendukung hardware, yang
tidak termasuk pada bahasa arduino.
 LED : 13. Ini adalah dibuat untuk koneksi LED ke digital pin 13.
Ketika pin bernilai HIGH, LED hidup, ketika pin LOW, LED mati.
26
http://digilib.mercubuana.ac.id/
2.3.3.3 Manfaat KIT Arduino Uno
Arduino Uno adalah KIT Elektronik atau papan rangkaian
elektronik open. Source yang didalamnya terdapat komponen utama
yaitu sebuah Chip. Mikrokontroller dengan jenis AVR dari Perusahaan
Atmel. Arduino Uno adalah sebuah board Mikrokontroller yang
berbaris Atmega 3288. Arduino Uno memiliki 4 PIN. Input/output yang
mana 6 PIN dapt digunakan sebagai output PWM, 6 analog Input,
crystal osilator 16 MHz, koneksi USB, Jack Power, Kepala ICSP, dan
tombol Reset. Arduino Uno mampu men-suport Mikrokontroller, dapat
dikoneksikan dengan komputer menggunakan kabel USB.
2.3.3.4 Komunikasi Arduino Uno
Arduino Uno 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 '16U2
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 tekstual sederhana yang akan dikirim ke dan dari papan Arduino.
RX dan TX LED di papan akan berkedip ketika data sedang dikirim
melalui chip USB-to-serial dan koneksi USB ke komputer (tetapi tidak
untuk komunikasi serial pada pin 0 dan 1). Sebuah perpustakaan
SoftwareSerial memungkinkan untuk komunikasi serial pada setiap pin
digital Uno itu. ATmega328 ini juga mendukung komunikasi I2C
(TWI) dan SPI. Perangkat lunak Arduino termasuk perpustakaan Kawat
untuk menyederhanakan penggunaan dari bus I2C, lihat dokumentasi
untuk rincian. Untuk komunikasi SPI, menggunakan perpustakaan SPI.
27
http://digilib.mercubuana.ac.id/
2.3.4 LCD Display
Gambar 2.8 LCD 16x2
LCD adalah sebuah display dot – Matrix yang berfungsi untuk
menampilkan tulisan berupa angka atau huruf sesuai dengan yang
diinginkan
(sesuai
dengan
program
yang
digunakan
untuk
mengontrolnya). Disini penulis menggunakan LCD dengan karakter 2 x
16. Tampilan bagian panel LCD yang terdiri dari banyak titik. LCD dan
sebuah mikrokontroler yang menempel dipanel berfungsi mengatur titiktitik menjadi huruf atau angka yang terbaca. Huruf atau angka yang
ditampilkan dikirim ke LCD dalam bentuk kode ASCII. Kode ASCII ini
diterima oleh mikrokontroler di dalam LCD menjadi titik-titik LCD yang
diterima sebagai huruf dan angka. Mikrokontroler yang menggunakan
LCD adalah untuk mengirim kode-kode ASCII untuk ditampilkan.
2.3.4.1 Penulisan Data Register Perintah LCD
Penulisan data ke register perintah dilakukan dengan tujuan
mengatur tampilan LCD, inisialisasi dan mengatur address counter
maupun address data. Kondisi RS berlogika 0 menunjukkan akses data
ke register perintah. R/W berlogika 0 yang menunjukkan proses
penulisan data akan dilakukuan. Nibble tinggi (bit 7 sampai bit 4)
Terlebih dahulu dikirimkan dengan diawali pulsa logika 1 pada E
Clock. Kemudian Nibble rendah (bit 3 sampai bit 0) dikirimkan dengan
diawali pulsa logika 1 pada E Clock lagi. Untuk mode 8 bit interface,
28
http://digilib.mercubuana.ac.id/
proses penulisan dapat langsung dilakukan secara 8 bit (bit 7 sampai bit
0) dan diawali sebuah pulsa logika 1 pada E Clock.
2.3.4.2 Pembacaan Data Register Perintah LCD
Proses pembacaan data pada register perintah biasa digunakan
untuk melihat status busy dari LCD atau membaca address counter. RS
diatur pada logika 0 untuk akses ke register perintah, R/W diatur pada
logika 1 yang menunjukkan prosess pembacaan data. 4 bit nibble tinggi
dibaca dengan diawali pulsa logika 1 pada E Clock dan kemudian 4 bit
nibble rendah dibaca dengan diawali pulsa logika 1 pada E clock.
Untuk mode 8 bit interface, pembacaan 8 bit (nibble tinggi dan rendah)
dilakukan sekaligus dengan diawali sebuah pulsa logika 1 pada E
Clock.
2.3.4.3 Fungsi PIN LCD
Gambar 2.9 Fungsi pin LCD 16x2
Untuk keperluan antarmuka suatu komponen elektronik dengan
mikrokontroler, perlu diketahui fungsi dari setiap kaki yang ada pada
LCD 16 x 2, yaitu sebagai berikut:
PIN 1 (GND)
Kaki ini berhubungan dengan tegangan 0 Volt (ground) dan modul
LCD (khusus untuk modul M1632 keluaran Hitachi, kaki ini adalah
GND).
29
http://digilib.mercubuana.ac.id/
PIN 2 (VCC)
Kaki ini berhubungan dengan tegangan +5V DC yang merupakan
tegangan untuk sumber daya dari HD44780 (khusus untuk modul
M1632 keluaran Hitachi, kaki ini adalah VCC).
PIN 3 (VEE)
Tegangan pengatur kontras LCD, Kaki ini terhubung pada 5 V. Kontras
mencapai nilai maksimum pada saat kondisi kaki ini pada tegangan 5
Volt.
PIN 4 (RS)
Register Select, kaki pemilih register yang akan diakses. Untuk akses
ke register data, logika dari kaki ini adalah 1 dan untuk akses ke register
perintah, logika dari kaki ini adalah 0.
PIN 5 (R/W)
Logika 1 pada kaki ini menunjukkan bahwa modul LCD sedang pada
mode pembacaan. Dan logika 0 menunjukkan bahwa modul LCD
sedang mode penulisan. Untuk aplikasi yang tidak memerlukan
pembacaan data pada modul LCD, kaki ini dihubungkan langsung ke
ground.
PIN 6 (E)
Enable Clock LCD, kaki ini mengaktifkan clock LCD. Logika 1 pada
kaki ini di berikan pada saat penulisan atau pembacaan data.
PIN 7-14 (Data 0 – Data 7)
Data bus, kedelapan kaki modul LCD ini adalah bagian di mana aliran
data sebanyak 4 bit atau 8 bit mengalir saat proses penulisan maupun
pembacaan data.
30
http://digilib.mercubuana.ac.id/
PIN 15 (Backlight Anode)
Tegangan positif dari backlight modul LCD sekitar 4.5V (hanya
terdapat untuk M1632 yang memiliki backlight
PIN 16 (Backlight Cathode)
Tegangan negatif backlight modul LCD sebesar 0V (hanya untuk
M1632 yang memiliki backlight).
2.3.4.4 Struktur Memori LCD
Modul LCD 16x2 memiliki beber jenis memori yang digunakan
untuk menyimpan memproses data-data yang akan ditampilkan pada
layar LCD. Setiap jenis memori mempunyai fungsi-fungsi tersendiri.
Adapun fungsi dari memori tersebut adalah:
1.
DDRAM
DDRAM merupakan memori tempat karakter yang ditampilkan
berada. Contihnya, karakter “A” atau “41h” yang ditulis pada
alamat 00 akan tampil pada baris pertama dan kolom pertama dari
LCD. Apabila karakter tersebut ditulis di alamat 40h, karakter
tersebut akan tampil pada baris kedua kolom pertama dari LCD.
2.
CGRAM
CGRAM adalah memori untuk menggambarkan pola sebuah
karakter dan bentuk karakter dapat diubah-ubah sesuai keinginan.
Akan tetapi isi memori akan hilang saat power supply atau sumber
tegangan tidak memberikan tegangan kepada LCD sehingga pola
karakter akan hilang.
3.
CGROM
CGROM adalah memori untuk menggambarkan pola sebuah
karakter dan pola tersebut sudah ditentukan secara permanen dari
HD44780 sehingga pengguna tidak dapat mengubah lagi, oleh
31
http://digilib.mercubuana.ac.id/
karena itu ROM bersifat permanen. Pola karakter tersebut tidak
akan hilang walaupun power supply atau sumber tegangan sudah
tidak ada lagi (tidak aktif).
2.3.5
RF Module 433 Mhz UART
Gambar 2.10 RF module 433Mhz UART
RF module 433 Mhz UART adalah board pengirim dan penerima
data. Board ini mampu mengirim dan menerima data sejauh 1 Km. board
ini tidak bisa dihubungkan dengan UART yang lain. Misalnya RF module
433 Mhz UART dengan RF module 434 Mhz UART karena perbedaan
frekuensi.
Gambar 2.11 Layout RF module 433Mhz UART
32
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Tabel 2.4 Fungsi pin pada RF module 433Mhz UART
Cara kerja dari module ini yaitu dengan menyambungkan module
kepada PC atau MCU.
Gambar 2.12 Aplikasi RF module 433Mhz UART pada PC atau MCU
Dari gambar diatas proses pengiriman data dimulai pada saat PC
atau MCU 1 akan mengirim data suhu, maka pin RXD akan
mentransmisikan data suhu tersebut melalu kabel menuju ke pin TXD pada
RF module 1. Kemudian pada pin RXD pada RF module 2 akan menerima
data. Selanjutnya akan ditransmisikan data suhu yang diterima menuju pin
TXD pada MCU atau PC. Data akan diproses oleh MCU atau PC. Begitu
33
http://digilib.mercubuana.ac.id/
pula sebaliknya jika PC atau MCU 2 mengirim data. Akan terjadi proses
yang sama seperti tadi. Adapun spesifikasi dari module ini adalah:
1.
Bekerja pada frekuensi
: 433.4 Mhz - 473.0 Mhz
2.
Supply Voltage
: 3.2V – 5.5V
3.
Jarak komunikasi
: 1000 m pada tempat terbuka
4.
Beroperasi pada suhu
: -400C - 850C
5.
Dimensi
: 27.8 x 14.4 x 4 mm
34
http://digilib.mercubuana.ac.id/