bab ii landasan teori - Perpustakaan Universitas Mercu Buana

BAB II
LANDASAN TEORI
2.1
Rapsberry Pi
Rapsberry pi sering juga disingkat dengan nama Raspi, adalah komputer
papan tunggal (Single Board Circuit /SBC)yang memiliki ukuran sebesar kartu
kredit. Raspberry Pi bisa digunakan untuk berbagai keperluan, seperti spreadsheet,
game, bahkan bisa digunakan sebagai media player karena kemampuannya dalam
memutar video high definition. Raspberry Pi dikembangkan oleh yayasan nirlaba,
Rasberry Pi Foundation yang digawangi sejumlah developer dan ahli komputer
dari Universitas Cambridge, Inggris.
Raspberry Pi memiliki dua model yaitu model A dan model B. Secara umum
Raspberry Pi Model B, 512MB RAM. Perbedaan model A dan B terletak pada
memory yang digunakan, Model A menggunakan memory 256 MB dan model B
512 MB. Selain itu model B juga sudah dilengkapai dengan ethernet port (kartu
jaringan) yang tidak terdapat di model A. Desain Raspberry Pi didasarkan seputar
SoC (System-on-a-chip) Broadcom BCM2835, yang telah menanamkan prosesor
ARM1176JZF-S dengan 700 MHz, VideoCore IV GPU, dan 256 Megabyte RAM
(model B). Penyimpanan data didisain tidak untuk menggunakan hard disk atau
solid-state drive, melainkan mengandalkan kartu SD (SD memory card) untuk
booting dan penyimpanan jangka panjang. Raspberry Pi merupakan komputer
mini yang sangat murah, harganya hanya 25 dollar AS untuk Model A adapun 35
dollar AS utuk Model B per unit.
4
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 2.1 Rapsberry Pi
2.1.1 Spesifikasi Raspberry
Tabel 2.1 Spesifikasi Raspberry
Chip
BrBroadcom BCM2835 (CPU, GPU, DSP, and SDRAM).
CPU
700 MHz ARM1176JZF-S core (ARM6 family).
GPU
Broadcom VideoCore IV, OpenGL ES 2.0, 1080p30
h.264/MPEG-4 AVC high-profile decoder
Memory (SDRAM)
512 MB (shared with GPU).
USB 2.0 ports
2 (via integrated USB hub).
Video outputs
Composite RCA (PAL & NTSC), HDMI (rev 1.3 &
1.4), raw LCD Panels via DSI 14 HDMI resolutions
from * 640×350 to 1920×1200 plus various PAL and
NTSC standards.
5
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Audio outputs
3.5 mm jack, HDMI
Onboard storage
SD / MMC / SDIO card slot
Onboard network
10/100 Ethernet (RJ45).
Low-level peripherals
8 × GPIO, UART, I²C bus, SPI bus with two chip
selects, +3.3 V, +5 V, ground[58][63].
Power source
700 mA (3.5 W).
Power ratings
5 volt via MicroUSB or GPIO header.
Size
85.60 × 53.98 mm (3.370 × 2.125 in).
Weight
45 g (1.6 oz).
Operating systems
Debian GNU/Linux, Fedora, Arch Linux ARM, RISC
OS.
2.1.2 Arsitektur Raspberry
Raspberry Pi menggunakan system operasi berbasis kernel Linux. Raspbian
merupakan system operasi Debian yang dapat dioptimalkan untuk perangkat
keras, yang dilengkapi dengan lebih 35.000 paket precompiled Raspberry Pi.
:
6
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 2.2 Arsitektur Raspberry
GPU hardware diakses melalui firmware yang di-load ke GPU saat boot dari
SD-Card. Gambar firmware dikenal dengan computer biner, sementara driver
linux yang terkait adalah sumber tertutup. Aplikasi perangkat lunak menggunakan
panggilan ke sumber tertutup run-time library yang pada giliranya menjadi open
source driver dalam . API driver kernel spesifik untuk perpustakaan tersebut
bersifat tertutup. Apliaski video menggunakan OpenMAX, aplikasi 3D
menggunakan OpenGL ES dan 2D menggunakan OpenVG yang pada nantinya
menggunakan EGL. OpenMAX
dan EGL menggunakan open source kernel
driver.
Pada 19 Februari 2012, yayasan Raspberry Pi merilis bukti konsep kartu SD
image yang dapat di muat ke SD Card untuk menghasilkan sebuah system
operasi yang pertama. Image didasarkan pada Debian 6.0 dengan LXDE desktop
dan Midori browser, ditambah berbagai alat pemograman. Image tersebut berjalan
pada QEMU yang memungkinkan Raspberry Pi akan ditiru platform lain.
7
http://digilib.mercubuana.ac.id/
2.1.3 Komunikasi GPIO
GPIO merupakan sederet pin yang terdiri dari 40 pin dengan berbagai fungsi
diantaranya:
Gambar 2.3 Konfigurasi pin Raspberry
a) Sumber tegangan: 3.3V, 5V dan 0V.
b) Gneral purpose digital inputs/outputs – 8 pin.
c) I2C -2 pin
Digunakan ke berbagai antar muka I2C diantaranya:

Digital to analogue converter

Analogue to digital converter

Oscillator

Output expander
8
http://digilib.mercubuana.ac.id/

Input expander
d) SPI – 5 pin
Digunakan untuk antar muka IC

Flash memory

Output expander

Input expander

Digital to analogue converter

Analogue to digital converter

Oscillator
e) UART – 2 pin
Digunakan untuk serial input dan output komunikasi untuk peripheral
external seperti RS232 atau Modbus.
f) Tidak digunakan – 6 pin
Jangan pernah menghubungkan apa-apa ke pin yang ditandai tidak
digunakan. Pin tersebut disediakan untuk fungsi internal BCM2836
hardware.
Apabila
menghubungkan
apapun
ke
pin
ini
dapat
mengakibatkan kerusakan pada raspberry pi.
Dengan batas arus maksimum < 100 mA di pin 5V dan dAn batas arus
maksimum < 50 mA di pin 3.3V, pada setiap pin digital baik input/output
meiliki logika high 3.3V dan logika low 0V. apabila tegangan melebihi 3.3V
pada setiap pin manapun dapat mengakibatkan kerusakan. Kerusakan pada
raspberry dapat disebabkan oleh beberapa indicator diantaranya adalah
9
http://digilib.mercubuana.ac.id/
terhubungnya pasokan tegangan 5V ke pin apapun, terjadingan konsleting
pasokan tegangan 3.3V atau 5V
ke setiap pin lain, perangkat lain seperti
arduino (5V) terhubung dengan raspberry pi (3.3V). Pada setiap pin digital
dapat di set input maupun output, pada saat pin tersebut dikonfigurasi sebagai
output maka akn mengeluarkan tegangan 3.3V sebagai
high yang dapat
memerintahkan ke sebuah perangkat untuk menyala sebagai contoh perangakat
LED.
2.2 Thermocuple Amplifier
Raspberry dengan segala kelebihannya namun masih memiliki kekurangan
diantaranya tidak bisa langsung membaca sensor analog di GPIO pin nya. Oleh
karena itu diperlukannya sebuah analog to digital converter untuk membaca
sensor-sensor yang kebanyakan menghasilkan data berupa analog. Khusus untuk
thermocouple dimana voltase yang dikeluarkan sangatlah kecil maka diperlukan
penguatan untuk mencapai tegangan yang dapat terbaca oleh pin GPIO dari
raspberry tersebut,dimana tegangan yang aman adalah diantara 3,3 sampai 5VDC.
Berikut adalah contoh thermocouple amplifier yang juga sekaligus sebagai ADC
(analog to digital converter).
10
http://digilib.mercubuana.ac.id/
2.2.1 MAX31855 Thermocouple Amplifier
Gambar 2.4 MAX31855 Thermocouple Amplifier
MAX31855 thermocouple amplifier adalah sebuah shield yang di gunakan
untuk membaca data suhu pada termocouple type k, shield ini sebenarnya bisa di
gunakan pada raspberry maupun arduino. Brackout board pada max31855 ini
menggunakan SPI (serial peripheral interface) sebagai interfacingnya. Untuk
menghubungkan shield ini ke raspberry di butuhkan sebuah kabel yang di sebut
quick2wire interface board. Max31855 ini memiliki 6 alur untuk konektornya
sebesar 0.1 inch, konektor ini di butuhkan untuk pemasangan quick2wire interface
board. Untuk pemasangan detailnya seperti gambar di bawah ini.
Gambar 2.5 MAX31855 connection
11
http://digilib.mercubuana.ac.id/
2.2.2 Part List
Part part yang di butuhkan untuk perakitan raspberry sebagai data logger
temperatur menggunakan thermocouple ini adalah:

MAX31885 Thermocouple Amplifier breakout board

K-Thermocouple (up to 500°C)

Breakout board cable

Quick2Wire Interface board
2.3 Phyton
Python adalah salah satu bahasa pemrograman terkenal di dunia bahasa
pemrogramman yang dinamis, termasuk di favoritkan oleh programmer
programmer kelas dunia. Dengan dasar gratis (open source), hal tersebut
mulaidigunakan di dunia industri – di uji oleh orang orang yang memfokuskan
waktunya pada pengembangan bahasa ini serta pengaplikasiannya.
(www.pysqlite.org/10/2016).
Gambar 2.6. Contoh Program Python
12
http://digilib.mercubuana.ac.id/
2.4 Thermocuple
Pada tahun 1822, Seebeck melakukan percobaan dengan menghubungkan plat
bismut diantara kawat-kawat tembaga. Hubungan tersebut diberi suhu yang berbeda.
Ternyata pada rangkaian tersebut akan mucul arus listrik. Muculnya arus listrik
mengindikasikan adanya beda potensial antara ujung-ujung kedua sambungan.
Dari percobaan Seebeck tersebut dapat diambil kesimpulan bahwa adanya
perbedaan suhu antara kedua sambungan logam tersebut akan menyebabkan munculnya
gaya gerak listrik antara ujung-ujung sambungan. Gaya gerak listrik yang muncul ini
disebut dengan gaya listrik termo dan sumbernya disebut termokopel.
Termokopel merupakan sambungan (junction) dua jenis logam atau campuran
yang salah satu sambungan logam tadi diberi perlakuan suhu yang berbeda dengan
sambungan lainnya. Sambungan logam pada termokopel terdiri dari dua sambungan,
yaitu :

Reference junction ( cold junction ), merupakan sambungan acuan yang
suhunya dijaga konstan dan biasanya diberi suhu yang dingin.

Measuring junction ( hot junction ), merupakan sambungan yang dipakai
untuk mengukur suhu.
Pada dunia elektronika, termokopel adalah sensor suhu yang banyak digunakan
untuk mengubah perbedaan suhu dalam benda menjadi perubahan tegangan listrik
(voltase). Termokopel yang sederhana dapat dipasang, dan memiliki jenis konektor
standar yang sama, serta dapat mengukur temperatur dalam jangkauan suhu yang cukup
besar dengan batas kesalahan pengukuran kurang dari 1 °C. Pada banyak aplikasi, salah
satu sambungan (sambungan yang dingin) dijaga sebagai temperatur referensi, sedang
yang lain dihubungkan pada objek pengukuran. contoh, pada gambar di atas, hubungan
13
http://digilib.mercubuana.ac.id/
dingin akan ditempatkan pada tembaga pada papan sirkuit. Sensor suhu yang lain akan
mengukur suhu pada titik ini, sehingga suhu pada ujung benda yang diperiksa dapat
dihitung. Termokopel dapat dihubungkan secara seri satu sama lain untuk membuat
termopile, dimana tiap sambungan yang panas diarahkan ke suhu yang lebih tinggi dan
semua sambungan dingin ke suhu yang lebih rendah. Dengan begitu, tegangan pada
setiap termokopel menjadi naik, yang memungkinkan untuk digunakan pada tegangan
yang lebih tinggi. Dengan adanya suhu tetapan pada sambungan dingin, yang berguna
untuk pengukuran di laboratorium, secara sederhana termokopel tidak mudah dipakai
untuk kebanyakan indikasi sambungan lansung dan instrumen kontrol. Mereka
menambahkan sambungan dingin tiruan ke sirkuit mereka yaitu peralatan lain yang
sensitif terhadap suhu (seperti termistor atau dioda) untuk mengukur suhu sambungan
input pada peralatan, dengan tujuan khusus untuk mengurangi gradiasi suhu di antara
ujung-ujungnya. Di sini, tegangan yang berasal dari hubungan dingin yang diketahui
dapat disimulasikan, dan koreksi yang baik dapat diaplikasikan. Hal ini dikenal dengan
kompensasi hubungan dingin.
Biasanya termokopel dihubungkan dengan alat indikasi oleh kawat yang disebut
kabel ekstensi atau kompensasi. Tujuannya sudah jelas. Kabel ekstensi menggunakan
kawat-kawat dengan jumlah yang sama dengan kondoktur yang dipakai pada Termokopel
itu sendiri. Kabel-kabel ini lebih murah daripada kabel termokopel, walaupun tidak
terlalu murah, dan biasanya diproduksi pada bentuk yang tepat untuk pengangkutan jarak
jauh - umumnya sebagai kawat tertutup fleksibel atau kabel multi inti. Kabel-kabel ini
biasanya memiliki spesifikasi untuk rentang suhu yang lebih besar dari kabel termokopel.
Kabel ini direkomendasikan untuk keakuratan tinggi. Kabel kompensasi pada sisi lain,
kurang presisi, tetapi murah. Mereka memakai perbedaan kecil, biasanya campuran
material konduktor yang murah yang memiliki koefisien termoelektrik yang sama dengan
termokopel (bekerja pada rentang suhu terbatas), dengan hasil yang tidak seakurat kabel
14
http://digilib.mercubuana.ac.id/
ekstensi. Kombinasi ini menghasilkan output yang mirip dengan termokopel, tetapi
operasi rentang suhu pada kabel kompensasi dibatasi untuk menjaga agar kesalahan yang
diperoleh kecil. Kabel ekstensi atau kompensasi harus dipilih sesuai kebutuhan
termokopel. Pemilihan ini menghasilkan tegangan yang proporsional terhadap beda suhu
antara sambungan panas dan dingin, dan kutub harus dihubungkan dengan benar sehingga
tegangan tambahan ditambahkan pada tegangan termokopel, menggantikan perbedaan
suhu antara sambungan panas dan dingin.
2.4.1 Hubungan Tegangan dan Suhu
Hubungan antara perbedaan suhu dengan tegangan yang dihasilkan termokopel
bukan merupakan fungsi linier melainkan fungsi interpolasi polynomial. Koefisien an
memiliki n antara 5 dan 9. Agar diperoleh hasil pengukuran yang akurat, persamaan
biasanya diimplementasikan pada kontroler digital atau disimpan dalam sebuah tabel
pengamatan. Beberapa peralatan yang lebih tua menggunakan filter analog.
2.4.2 Tipe-Tipe Termokopel
Tersedia beberapa jenis termokopel, tergantung aplikasi penggunaannya

Tipe K (Chromel (Ni-Cr alloy) / Alumel (Ni-Al alloy))
Termokopel untuk tujuan umum. Lebih murah. Tersedia untuk rentang suhu
−200 °C hingga +1200 °C.

Tipe E (Chromel / Constantan (Cu-Ni alloy))
Tipe E memiliki output yang besar (68 µV/°C) membuatnya cocok digunakan
pada temperatur rendah. Properti lainnya tipe E adalah tipe non magnetik.
15
http://digilib.mercubuana.ac.id/

Tipe J (Iron / Constantan)
Rentangnya terbatas (−40 hingga +750 °C) membuatnya kurang populer
dibanding tipe K Tipe J memiliki sensitivitas sekitar ~52 µV/°C

Tipe N (Nicrosil (Ni-Cr-Si alloy) / Nisil (Ni-Si alloy))
Stabil dan tahanan yang tinggi terhadap oksidasi membuat tipe N cocok
untuk pengukuran suhu yang tinggi tanpa platinum. Dapat mengukur suhu di atas
1200 °C. Sensitifitasnya sekitar 39 µV/°C pada 900 °C, sedikit di bawah tipe K.
Tipe N merupakan perbaikan tipe K
Termokopel tipe B, R, dan S adalah termokopel logam mulia yang
memiliki karakteristik yang hampir sama. Mereka adalah termokopel yang paling
stabil, tetapi karena sensitifitasnya rendah (sekitar 10 µV/°C) mereka biasanya
hanya digunakan untuk mengukur temperatur tinggi (>300 °C).

Type B (Platinum-Rhodium/Pt-Rh)
Cocok mengukur suhu di atas 1800 °C. Tipe B memberi output yang sama
pada suhu 0 °C hingga 42 °C sehingga tidak dapat dipakai di bawah suhu 50 °C.

Type R (Platinum /Platinum with 7% Rhodium)
Cocok mengukur suhu di atas 1600 °C. sensitivitas rendah (10 µV/°C) dan
biaya tinggi membuat mereka tidak cocok dipakai untuk tujuan umum.

Type S (Platinum /Platinum with 10% Rhodium)
16
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Cocok mengukur suhu di atas 1600 °C. sensitivitas rendah (10 µV/°C) dan
biaya tinggi membuat mereka tidak cocok dipakai untuk tujuan umum. Karena
stabilitasnya yang tinggi Tipe S digunakan untuk standar pengukuran titik leleh
emas (1064.43 °C).

Type T (Copper / Constantan)
Cocok untuk pengukuran antara −200 to 350 °C. Konduktor positif terbuat
dari tembaga, dan yang negatif terbuat dari constantan. Sering dipakai sebagai alat
pengukur alternatif sejak penelitian kawat tembaga. Type T memiliki sensitifitas
~43 µV/°C
2.4.3 Penggunaan Termokopel
Termokopel paling cocok digunakan untuk mengukur rentangan suhu yang
luas, hingga 2300°C. Sebaliknya, kurang cocok untuk pengukuran dimana
perbedaan suhu yang kecil harus diukur dengan akurasi tingkat tinggi, contohnya
rentang suhu 0--100 °C dengan keakuratan 0.1 °C. Untuk aplikasi ini, Termistor
dan RTD lebih cocok. Contoh Penggunaan Termokopel yang umum antara lain :

Industri besi dan baja

Pengaman pada alat-alat pemanas

Untuk termopile sensor radiasi

Pembangkit listrik tenaga panas radioisotop, salah satu aplikasi termopile.
Pada tugas proyek ini, kami menggunakan Termokopel Tipe K. Termokopel ini
sendiri mempunyai slope yang besar dan memiliki sensitivitas yang lebih tinggi jika
17
http://digilib.mercubuana.ac.id/
dibandingkan dengan termokopel yang lainnya. Hal ini menyebabkan termokopel ini
dapat mengukur dalam range suhu yang besar termasuk suhu yang tinggi.
Termokopel Tipe K terbuat dari bahan chromel pada bagian kaki positifnya dan
alumel (nickel / 5% aluminium dan silicon) pada bagian kaki negatifnya. Rentang
suhunya -190º C - 1260º C.
2.4.4 Pengertian Temperatur
Temperatur adalah ukuran panas-dinginnya dari suatu benda. Panasdinginnya suatu benda berkaitan dengan energi termis yang terkandung dalam
benda tersebut. Makin besar energi termisnya, makin besar temperaturnya.
Temperatur disebut juga suhu. Suhu menunjukkan derajat panas benda.
Mudahnya, semakin tinggi suhu suatu benda, semakin panas benda tersebut.
Secara mikroskopis, suhu menunjukkan energi yang dimiliki oleh suatu benda.
Setiap atom dalam suatu benda masing-masing bergerak, baik itu dalam bentuk
perpindahan maupun gerakan di tempat berupa getaran. Makin tingginya energi
atom-atom penyusun benda, makin tinggi suhu benda tersebut.
Suhu juga disebut temperatur yang diukur dengan alat termometer. Empat
macam termometer yang paling dikenal adalah Celsius, Reumur, Fahrenheit dan
Kelvin. Perbandingan antara satu jenis termometer dengan termometer lainnya
mengikuti:
C:R:(F-32) = 5:4:9 dan
K=C + 273.
Secara kualitatif, kita dapat mengetahui bahwa suhu adalah sensasi dingin
atau hangatnya sebuah benda yang dirasakan ketika menyentuhnya. Secara
18
http://digilib.mercubuana.ac.id/
kuantitatif, kita dapat mengetahuinya dengan menggunakan termometer. Suhu
dapat diukur dengan menggunakan termometer yang berisi air raksa atau alkohol.
Kata termometer ini diambil dari dua kata yaitu thermo yang artinya panas dan
meter yang artinya mengukur (to measure).
(to measure).
2.5 Jurnal Pedukung Monitoring Temperatur Baja.
Sistem monitoring temperature baja ini telah pernah dibuat oleh Mehul
Gosai dan Sanket N.Bhavsar. dalam jurnalnya yang berjudul:
Gosai, Mehul And Sanket N.Bhavsar. (2016) Experimental Study on Temperature
Measurement in Turning Operation of Hardened Steel (EN36). Procedia
Technology 23 ( 2016 ) 311 – 318.
Pada prinsipnya sistem kerja monitoring temperature
plate baja yang
penulis buat dengan jurnal international yang telah di konferensikan adalah sama.
Akan tetapi terdapat sedikit perbedaan dalam pengaplikasianya.. Untuk sistem
monitoring temperatur yang penulis buat diaplikasikan pada baja yang akan di uji
dengan salah satu metode uji tak rusak yaitu Ultrasonic Testing. Sedangkan,
sistem monitoring temperature baja yang telah dibuat pada jurnal internasional
diplikasikan pada baja yang akan dipotong menggunakan Machine Metal Cutting.
Selain itu sistem monitoring plate baja yang telah di buat pada jurnal international
ini menggunakan arduino UNO sebagai mikrokontroler dan LabVIEW yang
berfungsi untuk memvisualisasikan data dari temperature baja dalam bentuk
grafik.
19
http://digilib.mercubuana.ac.id/