1. Tujuan Perancangan
Adapun tujuan :
a. Mempermudah dalam belajar
b. Membuat kenyamanan lebih ekstra dalam belajar
c. Menerapkan prinsip teknolgi
2. Komponen
Ada beberapa komponen yang digunakan :
1. Arduino
2. Jumper Male Female
3. Jumper Male Male
4. Motor DC
5. LED
6. Kipas DC 12 volt
7. LCD
8. Resistor
9. Button
10. Batrai 12 volt
11. Sensor PIR
12. Sensor LDR
13. Sensor IR
14. Sensor Magnetic
15. Sensor DHT12
16. Breadboard
3. Dasar Teori
a. PIR Sensor
Sensor PIR atau disebut juga dengan Passive Infra Red merupakan sensor yang digunakan untuk mendeteksi adanya pancaran sinar infra merah dari suatu object. Sesuai dengan namanya sensor PIR bersifat pasif, yang berarti sensor ini tidak memancarkan sinar infra merah melainkan hanya dapat menerima radiasi sinar infra merah dari luar. Sensor PIR terdiri dari beberapa bagian yaitu :
- Fresnel Lens -->Lensa Fresnel pertama kali digunakan pada tahun 1980an. Digunakan sebagai lensa yang memfokuskan sinar pada lampu mercusuar. Penggunaan paling luas pada lensa Fresnel adalah pada lampu depan mobil, di mana mereka membiarkan berkas parallel secara kasar dari pemantul parabola dibentuk untuk memenuhi persyaratan pola sorotan utama.
- IR Filter -->IR Filter dimodul sensor PIR ini mampu menyaring panjang gelombang sinar infrared pasif antara 8 sampai 14 mikrometer, sehingga panjang gelombang yang dihasilkan dari tubuh manusia yang berkisar antara 9 sampai 10 mikrometer ini saja yang dapat dideteksi oleh sensor. Sehingga Sensor PIR hanya bereaksi pada tubuh manusia saja.
- Pyroelectric Sensor -->Seperti tubuh manusia yang memiliki suhu tubuh kira-kira 32 derajat celcius, yang merupakan suhu panas yang khas yang terdapat pada lingkungan. Pancaran sinar inframerah inilah yang kemudian ditangkap oleh Pyroelectric sensor yang merupakan inti dari sensor PIR ini sehingga menyebabkan Pyroelectic sensor yang terdiri dari galium nitrida, caesium nitrat dan litium tantalate menghasilkan arus listrik.
- Amplifier -->Sebuah sirkuit amplifier yang ada menguatkan arus yang masuk pada material pyroelectric.
- Komparator-->Setelah dikuatkan oleh amplifier kemudian arus dibandingkan oleh komparator sehingga mengahasilkan output.
 |
Blok Diagram sensor PIR |
Sensor PIR memiliki jangkauan jarak yang bervariasi, tergantung karakteristik sensor. Proses penginderaan sensor PIR dapat digambarkan sebagai berikut:
 |
| Jangkauan Sensor PIR |
Pada umumnya sensor PIR memiliki jangkauan pembacaan efektif hingga 5 meter, dan sensor ini sangat efektif digunakan sebagai human detector.
b. Infrared Sensor
Sensor IR adalah perangkat elektronik sederhana yang memancarkan dan mendeteksi radiasi IR untuk mengetahui objek/hambatan tertentu dalam jangkauannya. Beberapa fiturnya adalah sensor panas dan gerak. Sensor IR menggunakan radiasi infra merah dengan panjang gelombang antara 0,75 hingga 1000µm yang berada di antara wilayah spektrum elektromagnetik tampak dan gelombang mikro. Wilayah IR tidak terlihat oleh mata manusia. Spektrum inframerah dikategorikan menjadi tiga wilayah berdasarkan panjang gelombangnya yaitu Inframerah Dekat, Inframerah Tengah, Inframerah Jauh.
Daerah Panjang Gelombang Spektrum Inframerah :
- Dekat IR – 0,75µm hingga 3 µm
- Pertengahan IR – 3 µm hingga 6 µm
- IR Jauh – > 6 µm
Prinsip Kerja Sensor Inframerah :
Prinsip kerja dari sensor inframerah mirip dengan sensor pendeteksi gerakan. Dimana sensor akan mendeteksi pancaran gelombang mkiro inframerah yang dikeluarkan oleh suatu obyek. Sinar inframerah yang diterima oleh sensor akan diubah oleh sirkuit di dalam sensor menjadi sinyal keluaran digital yang dapat dihubungkan ke modul rangkaian mikrokontroller atau sistem alarm.
Elemen kunci dari Sistem Deteksi Inframerah adalah:
a. Pemancar IR
IR Transmitter bertindak sebagai sumber radiasi IR. Menurut Hukum Radiasi Plank, setiap benda merupakan sumber radiasi IR pada suhu T di atas 0 Kelvin. Dalam kebanyakan kasus, radiator benda hitam, lampu tungsten, silikon karbida, laser inframerah, LED panjang gelombang inframerah digunakan sebagai sumber.
b. Media Tranmisi
Seperti namanya, Media Transmisi menyediakan jalur untuk mencapai radiasi dari Pemancar IR ke Penerima IR. Vakum, atmosfer, dan serat optik digunakan sebagai media.
c. Penerima IR
Umumnya penerima IR adalah dioda foto dan transistor foto. Mereka mampu mendeteksi radiasi infra merah. Oleh karena itu penerima IR juga disebut sebagai detektor IR. Berbagai penerima tersedia berdasarkan panjang gelombang, voltase dan paket. Pemancar dan Penerima IR dipilih dengan parameter yang cocok. Beberapa spesifikasi penerima yang menentukan adalah fotosensitifitas atau responsivitas, daya setara kebisingan dan deteksi.
Cara Kerja Sensor Inframerah :
- Sumber IR (pemancar) digunakan untuk memancarkan radiasi dengan panjang gelombang yang dibutuhkan.
- Radiasi ini mencapai objek dan dipantulkan kembali.
- Radiasi yang dipantulkan terdeteksi oleh penerima IR.
- Radiasi yang terdeteksi Penerima IR kemudian diproses lebih lanjut berdasarkan intensitasnya. Umumnya, output Penerima IR kecil dan amplifier digunakan untuk memperkuat sinyal yang terdeteksi.
c. LDR Sensor
LDR (Light Dependent Resistor) merupakan salah satu komponen resistor yang nilai resistansinya akan berubah-ubah sesuai dengan intensitas cahaya yang mengenai sensor ini. LDR juga dapat digunakan sebagai sensor cahaya. Perlu diketahui bahwa nilai resistansi dari sensor ini sangat bergantung pada intensitas cahaya. Semakin banyak cahaya yang mengenainya, maka akan semakin menurun nilai resistansinya. Sebaliknya jika semakin sedikit cahaya yang mengenai sensor (gelap), maka nilai hambatannya akan menjadi semakin besar sehingga arus listrik yang mengalir akan terhambat.
Umumnya Sensor LDR memiliki nilai hambatan 200 Kilo Ohm pada saat dalam kondisi sedikit cahaya (gelap), dan akan menurun menjadi 500 Ohm pada kondisi terkena banyak cahaya. Tak heran jika komponen elektronika peka cahaya ini banyak diimplementasikan sebagai sensor lampu penerang jalan, lampu kamar tidur, alarm dan lain-lain.
Fungsi Sensor LDR
LDR berfungsi sebagai sebuah sensor cahaya dalam berbagai macam rangkaian elektronika seperti saklar otomatis berdasarkan cahaya yang jika sensor terkena cahaya maka arus listrik akan mengalir(ON) dan sebaliknya jika sensor dalam kondisi minim cahaya(gelap) maka aliran listrik akan terhambat(OFF). LDR juga sering digunakan sebagai sensor lampu penerang jalan otomatis, lampu kamar tidur, alarm, rangkaian anti maling otomatis menggunakan laser, sutter kamera otomatis, dan masih banyak lagi yang lainnya.
Cara Kerja Sensor LDR
Prinsip kerja LDR sangat sederhana tak jauh berbeda dengan variable resistor pada umumnya. LDR dipasang pada berbagai macam rangkaian elektronika dan dapat memutus dan menyambungkan aliran listrik berdasarkan cahaya. Semakin banyak cahaya yang mengenai LDR maka nilai resistansinya akan menurun, dan sebaliknya semakin sedikit cahaya yang mengenai LDR maka nilai hambatannya akan semakin membesar.
d. Breadboard
Breadboard Arduino adalah sejenis papan roti yang biasanya digunakan untuk membuat prototype rangkaian elektronik. Beberapa orang kadang menyebutnya project board atau bahkan protoboard (prototype board). Pada dasarnya breadboard adalah board yang digunakan untuk membuat rangkaian elektronik tanpa harus merepotkan pengguna untuk menyolder. Biasanya papan breadboard ini digunakan untuk membuat rangkaian elektronik sementara untuk tujuan uji coba atau prototype.
Fungsi Breadboard :
Kegunaan breadboard yaitu sebagai media penghantar (konduktor listrik) sekaligus tempat kabel jumper dilekatkan. Sehingga arus dari satu komponen bisa terdistribusi dengan baik sesuai keinginan ke komponen lain tanpa harus merepotkan pengguna untuk melakukan penyolderan atau melakukan bongkar pasang.Salah satu kelebihan tersendiri dari penggunaan breadboard adalah komponen-komponen yang telah dirakit tak akan rusak dan mudah untuk dibongkar pasang. Ini karena papan breadboard merupakan papan tanpa solder (solderless).
Cara Kerja Breadboard :
Breadboard bisa dideskripsikan sebagai papan yang memiliki lubang koneksi berdasarkan pola tertentu. Untuk menghubungkan antara satu lubang dengan lubang yang lain, maka di bagian bawah lubang tersebut terdapat logam konduktor listrik yang diposisikan secara khusus. Ini berguna untuk memudahkan pengguna dalam membuat rangkaian. Logam konduktor yang ada di dalam breadboard umumnya seperti ini:
Kira-kira posisi logam jalur breadboard bisa digambarkan sebagai berikut:
Berdasarkan gambar di atas, fungsi dari masing-masing jalur koneksi pada breadboard dengan keterangan warnanya yaitu sebagai berikut:
- Jalur warna merah, digunakan untuk menempatkan pin 5V atau kutub positif dari arduino untuk dihubungkan ke kutub positif komponen lain.
- Jalur warna biru, digunakan untuk menempatkan pin GND atau kutub negatif dari arduino untuk dihubungkan ke kutub negatif komponen lain.
- Jalur warna hijau, digunakan untuk menempatkan pin digital dari Arduino untuk dihubungkan ke komponen lain.
Jenis-jenis Breadboard
Beberapa ukuran breadboard yang tersedia di pasaran antara lain:- Mini Breadboard, yaitu jenis yang paling kecil diantara semua breadboard dan memiliki sekitar 170 titik koneksi.
- Medium Breadboard, yaitu jenis breadboard ukuran sedang yang kadang juga disebut half breadboard karena memiliki ukuran dan jumlah titik koneksinya setengah dari jumlah titik koneksi breadboard ukuran besar. Yaitu 400 titik koneksi.
- Large Breadboard, yaitu jenis yang ukurannya paling besar diantara semua jenis breadboard dan memiliki sekitar 830 titik koneksi.
e. Motor DC
Motor Listrik DC atau DC Motor ini menghasilkan sejumlah putaran per menit atau biasanya dikenal dengan istilah RPM (Revolutions per minute) dan dapat dibuatberputar searah jarum jam maupun berlawanan arah jarum jam apabila polaritas listrik yang diberikan pada Motor DC tersebut dibalikan. Kebanyakan Motor Listrik DC memberikan kecepatan rotasi sekitar 3000 rpm hingga 8000 rpm dengan tegangan operasional dari 1,5V hingga 24V. Apabila tegangan yang diberikan ke Motor Listrik DC lebih rendah dari tegangan operasionalnya maka akan dapat memperlambat rotasi motor DC tersebut sedangkan tegangan yang lebih tinggi dari tegangan operasional akan membuat rotasi motor DC menjadi lebih cepat. Namun ketika tegangan yang diberikan ke Motor DC tersebut turun menjadi dibawah 50% dari tegangan operasional yang ditentukan maka Motor DC tersebut tidak dapat berputar atau terhenti. Sebaliknya, jika tegangan yang diberikan ke Motor DC tersebut lebih tinggi sekitar 30% dari tegangan operasional yang ditentukan, maka motor DC tersebut akan menjadi sangat panas dan akhirnya akan menjadi rusak.
f. Magnetic Sensor
g. Arduino
Arduino adalah kit elektronik atau papan rangkaian elektronik open source yang di dalamnya terdapat komponen utama yaitu sebuah chip mikrokontroler dengan jenis AVR dari perusahaan Atmel. Arduino yang kita gunakan dalam praktikum ini adalah Arduino Uno yang menggunakan chip AVR ATmega 328P. Dalam memprogram Arduino, kita bisa menggunakan komunikasi serial agar Arduino dapat berhubungan dengan komputer ataupun perangkat lain.
Adapun spesifikasi dari Arduino Uno ini adalah sebagai berikut :
Bagian-bagian arduino uno:
-Power USB : Digunakan untuk menghubungkan Papan Arduino dengan komputer lewat koneksi USB.
-Power jack : Supply atau sumber listrik untuk Arduino dengan tipe Jack. Input DC 5 - 12 V.
-Crystal Oscillator : Kristal ini digunakan sebagai layaknya detak jantung pada Arduino. Jumlah cetak menunjukkan 16000 atau 16000 kHz, atau 16 MHz.
-Reset : Digunakan untuk mengulang program Arduino dari awal atau Reset.
-Digital Pins I / O : Papan Arduino UNO memiliki 14 Digital Pin. Berfungsi untuk memberikan nilai logika ( 0 atau 1 ). Pin berlabel " ~ " adalah pin-pin PWM ( Pulse Width Modulation ) yang dapat digunakan untuk menghasilkan PWM.
-Analog Pins : Papan Arduino UNO memiliki 6 pin analog A0 sampai A5. Digunakan untuk membaca sinyal atau sensor analog seperti sensor jarak, suhu dsb, dan mengubahnya menjadi nilai digital.
-LED Power Indicator : Lampu ini akan menyala dan menandakan Papan Arduino mendapatkan supply listrik dengan baik.
Bagian - bagian pendukung:
-RAM : RAM (Random Access Memory) adalah tempat penyimpanan sementara pada komputer yang isinya dapat diakses dalam waktu yang tetap, tidak memperdulikan letak data tersebut dalam memori atau acak. Secara umum ada 2 jenis RAM yaitu SRAM (Static Random Acces Memory) dan DRAM (Dynamic Random Acces Memory).
-ROM : ROM (Read-only Memory) adalah perangkat keras pada computer yang dapat menyimpan data secara permanen tanpa harus memperhatikan adanya sumber listrik. ROM terdiri dari Mask ROM, PROM, EPROM, EEPROM.
Block Diagram Mikrokontroler ATMega 328P pada Arduino UNO
Adapun block diagram mikrokontroler ATMega 328P dapat dilihat pada gambar berikut:
Block diagram dapat digunakan untuk memudahkan / memahami bagaimana kinerja dari mikrokontroler ATMega 328P.
Pin-pin ATMega 328P:
Rangkaian Mikrokontroler ATMega 328P pada Arduino UNO
h. Liquid Crystal Display (LCD)
Liquid Crystal Display (LCD) adalah sebuah peralatan elektronik yang berfungsi untukmenampilkan output sebuah sistem dengan cara membentuk suatu citra atau gambaran pada sebuah layar. Secara garis besar komponen penyusun LCD terdiri dari kristal cair (liquid crystal) yang diapit oleh 2 buah elektroda transparan dan 2 buah filter polarisasi (polarizing filter). Struktur LCD dapat dilihat pada gambar berikut.
Struktur LCD
Keterangan:
1. Film dengan polarizing filter vertical untuk memolarisasi cahaya yang masuk.
2. Glass substrate yang berisi kolom-kolom elektroda Indium tin oxide (ITO).
3. Twisted nematic liquid crystal (kristal cair dengan susunan terpilin).
4. Glass substrate yang berisi baris-baris elektroda Indium tin oxide (ITO).
5. Film dengan polarizing filter horizontal untuk memolarisasi cahaya yang masuk.
6. Reflektor cahaya untuk memantulkan cahaya yang masuk LCD kembali ke mata pengamat.Sebuah citra dibentuk dengan mengombinasikan kondisi nyala dan mati dari pixel-pixel yang menyusun layar sebuah LCD. Pada umumnya LCD yang dijual di pasaran sudah memiliki integrated circuit tersendiri sehingga para pemakai dapat mengontrol tampilan LCD dengan mudah dengan menggunakan mikrokontroler untuk mengirimkan data melalui pin-pin input yang sudah tersedia.
Module circuit dari LCD dan kaki-kakinya dapat dilihat melalui gambar berikut.
TEXT LCD Module Circuit
i. DHT11 Sensor
Sensor DHT11 adalah module sensor yang berfungsi untuk mensensing objek
suhu dan kelembaban yang memiliki output tegangan analog yang dapat diolah lebih
lanjut menggunakan mikrokontroler. Module sensor ini tergolong kedalam elemen
resistif seperti perangkat pengukur suhu seperti contohnya yaitu NTC. Kelebihan dari
module sensor ini dibanding module sensor lainnya yaitu dari segi kualitas pembacaan
data sensing yang lebih responsif yang memliki kecepatan dalam hal sensing objek
suhu dan kelembaban, dan data yang terbaca tidak mudah terinterverensi. Sensor
DHT11 pada umumya memiliki fitur kalibrasi nilai pembacaan suhu dan kelembaban
yang cukup akurat. Penyimpanan data kalibrasi tersebut terdapat pada memori program
OTP yang disebut juga dengan nama koefisien kalibrasi. Sensor ini memiliki 4 kaki
pin, dan terdapat juga sensor DHT11 dengan breakout PCB yang terdapat hanya
memilik 3 kaki.
Tegangan masukan : 5 Vdc
Rentang temperatur :0-50 ° C kesalahan ± 2 ° C
Kelembaban :20-90% RH ± 5% RH error
j. Komponen lainnya
4. Listing Program
Program untuk Arduino Master :
//MASTER
#include "DHT.h"
#define DHTPIN 8 // Pin dimana DHT11 terhubung
#define DHTTYPE DHT11 // Tipe sensor DHT yang digunakan
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
void setup() {
Serial.begin(9600);
dht.begin();
}
void loop() {
delay(2000); // Tunggu beberapa detik antar pengukuran
float humidity = dht.readHumidity();
float temperature = dht.readTemperature();
// Cek apakah pembacaan gagal
if (isnan(humidity) || isnan(temperature)) {
Serial.println("Gagal membaca dari sensor DHT!");
return;
}
// Kirim data suhu melalui UART
Serial.print("Suhu: ");
Serial.println(temperature);
}
Program untuk Arduino Slave :
//SLAVE
#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
#include <RTClib.h> // Pastikan pustaka RTClib diimpor di sini
#include <Servo.h>
RTC_DS3231 rtc;
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);
Servo servo1;
Servo servo2;
DateTime now; // Deklarasikan variabel now sebagai variabel global
#define MOTOR_PIN1 5
#define MOTOR_PIN2 6
#define RELAY_REED 4
#define RELAY_PIR 3
#define LDR_PIN 2
void setup() {
Serial.begin(9600);
lcd.init();
lcd.backlight();
servo1.attach(7);
servo2.attach(8);
pinMode(MOTOR_PIN1, OUTPUT);
pinMode(MOTOR_PIN2, OUTPUT);
pinMode(RELAY_REED, OUTPUT);
pinMode(RELAY_PIR, OUTPUT);
pinMode(LDR_PIN, OUTPUT);
}
void loop() {
if (Serial.available() > 0) {
String data = Serial.readStringUntil('\n');
processReceivedData(data);
}
DateTime now = rtc.now();
// Display current time on LCD
lcd.clear();
lcd.print("Time: ");
lcd.print(now.hour());
lcd.print(":");
lcd.print(now.minute());
lcd.print(":");
lcd.print(now.second());
delay(1000); // Update LCD setiap deti
}
void processReceivedData(String data) {
// Proses data yang diterima dari master
// Misalnya, mendapatkan waktu, sensor, dan nilai lainnya
int index = data.indexOf(',');
String time = data.substring(0, index); // Ambil bagian waktu dari data
// Potong string 'data' setelah indeks koma untuk mempersiapkan potongan berikutnya
data = data.substring(index + 1);
data = data.substring(index + 1);
index = data.indexOf(',');
int pirState = data.substring(0, index).toInt();
data = data.substring(index + 1);
index = data.indexOf(',');
int irState = data.substring(0, index).toInt();
data = data.substring(index + 1);
index = data.indexOf(',');
int reedState = data.substring(0, index).toInt();
data = data.substring(index + 1);
index = data.indexOf(',');
float temperature = data.substring(0, index).toFloat();
data = data.substring(index + 1);
int ldrValue = data.toInt();
lcd.clear();
lcd.print("Time: " + time);
// Servo control based on IR sensor
if (irState == HIGH) {
servo1.write(90);
} else {
servo1.write(0);
}
// Servo control based on timer (example condition)
if (now.hour() == 0 && now.minute() == 0) {
servo2.write(90);
} else {
servo2.write(0);
}
// Motor control based on temperature
if (temperature >= 25 && temperature <= 30) {
int motorSpeed = map(temperature, 25, 30, 0, 255);
analogWrite(MOTOR_PIN1, motorSpeed);
analogWrite(MOTOR_PIN2, 255 - motorSpeed);
} else {
analogWrite(MOTOR_PIN1, 0);
analogWrite(MOTOR_PIN2, 0);
}
// Relay control based on Reed sensor
if (reedState == HIGH) {
digitalWrite(RELAY_REED, HIGH);
} else {
digitalWrite(RELAY_REED, LOW);
}
// Relay control based on PIR sensor
if (pirState == HIGH) {
digitalWrite(RELAY_PIR, HIGH);
} else {
digitalWrite(RELAY_PIR, LOW);
}
// LDR sensor control
if (ldrValue > 700) {
digitalWrite(LDR_PIN, HIGH);
} else {
digitalWrite(LDR_PIN, LOW);
}
}
5. Flowchart
Master:
Slave :
6. Rangkaian Simulasi
7. Hardware dan Video
Hardware :
8. Analisis
Setelah dilakukan demo projec didapatkan bahwa projek bekerja sesuai dengan yang diharapkan. Sensor LDR bekerja dengan baik dalam menghidupkan dan mematikan lampu belajar secara otomatis dengan batasan intensitas cahaya 700 sesuai pada program. Sensor PIR dan DHT11 dapat mengatur hidup matinya kipas serta kecepatan putaran kipas sesuai dengan program pad arduino. Alarm otomatis berbunyi setelah timer waktu habis. Serta dispenser camilan otomatis yang dapat bekerja dengan baik dalam mendeteksi pantulan inframerah dari tangan dan mengeluarkan camilan.
9. Kesimpulan
10. Link Download
HTML klik disini
Rangkaian Simulasi klik disini
Gambar Simulasi klik disini
Video demo klik disini
Listring Program klik disini
Video demo klik disini
Listring Program klik disini
Download Datasheet ARDUINO UNO klik di sini
Download Datasheet LCD klik di sini
Datasheet resistor klik di sini
Datasheet dipswitch klik di sini
Datasheet Sensor LDR klik di sini
Datasheet Potensiometer klik di sini
Datasheet Driver L239D klik di sini
Datasheet Motor DC klik di sini
Link Library Klik di sini
Datasheet IR Sensor Klik di sini