BAB II LANDASAN TEORI 2.1
Arduino Uno Arduino dikatakan sebagai sebuah platform dari physical computing yang
bersifat open source. Arduino tidak hanya sekedar sebuah alat pengembangan, tetapi ia adalah kombinasi dari hardware, bahasa pemrograman dan Integrated Development Environment (IDE) yang canggih. IDE adalah sebuah software yang sangat berperan untuk menulis program, meng-compile menjadi kode biner dan meng-upload ke dalam memory microcontroller. Ada banyak projek dan alat-alat dikembangkan oleh akademisi dan profesional dengan menggunakan arduino, selain itu juga ada banyak modul-modul pendukung (sensor, tampilan, penggerak dan sebagainya) yang dibuat oleh pihak lain untuk bisa disambungkan dengan arduino. Arduino berevolusi menjadi sebuah platform karena ia menjadi pilihan dan acuan bagi banyak praktisi. Salah satu yang membuat Arduino memikat hati banyak orang adalah karena sifatnya yang open source, baik untuk hardware maupun software-nya. Diagram rangkaian elektronik Arduino digratiskan kepada semua orang. Para pengguna bisa bebas men-download gambarnya, membeli
komponen-komponennya,
membuat PCB-nya dan merangkainya sendiri tanpa harus 6
membayar kepada para pembuat arduino. Sama halnya dengan IDE Arduino yang bisa di-download dan diinstal pada komputer secara gratis. Secara umum Arduino terdiri dari dua bagian, yaitu: 1. Hardware papan input/output (I/O) 2. Software Arduino meliputi IDE untuk menulis program, driver untuk koneksi dengan komputer, contoh program dan library untuk pengembangan program.
Gambar 2.1 Diagram blok sederhana dari microcontroller ATmega328 Blok-blok diatas dijelaskan sebagai berikut:
Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART) adalah antar muka yang
digunakan untuk komunikasi serial seperti pada RS-232, RS-422
dan RS-485.
7
2KB RAM pada memory kerja bersifat volatile (hilang saat daya dimatikan), digunakan oleh variable-variabel di dalam program.
32KB RAM flash memory bersifat non-volatile, digunakan untuk menyimpan program yang dimuat dari komputer. Selain program, flash memory juga menyimpan bootloader. Bootloader adalah program inisiasi yang ukurannya kecil, dijalankan oleh CPU saat daya dihidupkan. Setelah bootloader selesai dijalankan, berikutnya program di dalam RAM akan dieksekusi.
1KB EEPROM bersifat non-volatile, digunakan untuk menyimpan data yang tidak boleh hilang saat daya dimatikan. Tidak digunakan pada papan Arduino.
Central Processing Unit (CPU), bagian dari microcontroller untuk menjalankan setiap instruksi dari program.
Port input/output, pin-pin untuk menerima data (input) digital atau analog, dan mengeluarkan data (output) digital atau analog. Dengan mengambil contoh sebuah papan arduino uno, bagian-bagiannya
dapat dijelaskan sebagai berikut. :
8
Gambar 2.2 Papan Arduino Uno
14 pin input/output digital (0-13) Berfungsi sebagai input atau output, dapat diatur oleh program. Khusus untuk 6 buah pin 3, 5, 6, 9, 10 dan 11, dapat juga berfungsi sebagai pin analog output dimana tegangan outputnya dapat diatur. Nilai sebuah pin output analog dapat diprogram antara 0 – 255, dimana hal itu mewakili nilai tegangan 0 – 5V.
USB Berfungsi untuk: - Memuat program dari komputer ke dalam papan - Komunikasi serial antara papan dan computer -Memberi daya listrik kepada papan
Sambungan SV1 Sambungan atau jumper untuk memilih sumber daya papan, apakah dari sumber eksternal atau
menggunakan USB. Sambungan ini tidak
diperlukan lagi pada papan arduino versi terakhir karena pemilihan sumber daya eksternal atau USB dilakukan secara otomatis.
Q1 – Kristal (quartz crystal oscillator)
9
Jika microcontroller dianggap sebagai sebuah otak, maka kristal adalah jantung-nya karena komponen ini menghasilkan detak-detak yang dikirim kepada microcontroller agar melakukan sebuah operasi untuk setiap detaknya. Kristal ini dipilih yang berdetak 16 juta kali per detik (16MHz).
Tombol Reset S1 Untuk me-reset papan sehingga program akan mulai lagi dari awal. Perhatikan bahwa tombol reset ini bukan untuk menghapus program atau mengosongkan microcontroller.
In-Circuit Serial Programming (ICSP) Port ICSP memungkinkan pengguna untuk memprogram microcontroller secara langsung, tanpa melalui bootloader. Umumnya pengguna arduino tidak melakukan ini sehingga ICSP tidak terlalu dipakai walaupun disediakan.
IC 1 – Microcontroller Atmega Komponen utama dari papan arduino, di dalamnya terdapat CPU, ROM dan RAM.
X1 – sumber daya eksternal Jika hendak disuplai dengan sumber daya eksternal, papan arduino dapat diberikan tegangan DC antara 9-12V.
6 pin input analog (0-5) Pin ini sangat berguna untuk membaca tegangan yang dihasilkan oleh sensor analog, seperti sensor suhu. Program dapat membaca nilai sebuah pin input antara 0 – 1023, dimana hal itu mewakili nilai tegangan 0 – 5V.
10
Tanpa melakukan konfigurasi apapun, begitu sebuah papan Arduino dikeluarkan dari kotak pembungkusnya ia dapat langsung disambungkan ke sebuah komputer melalui kabel USB. Selain berfungsi sebagai penghubung untuk pertukaran data, kabel USB ini juga akan mengalirkan arus DC 5 Volt kepada papan arduino sehingga praktis tidak diperlukan sumber daya dari luar. Saat mendapat suplai daya, lampu LED indikator daya pada papan Arduino akan menyala menandakan bahwa ia siap bekerja.
Gambar 2.3 Aktifasi papan Arduino Uno Pada papan arduino uno terdapat sebuah LED kecil yang terhubung ke pin digital no 13. LED ini dapat digunakan sebagai output saat seorang pengguna membuat sebuah program dan ia membutuhkan sebuah penanda dari jalannya program tersebut. Ini adalah cara yang praktis saat pengguna melakukan uji coba.
11
Umumnya microcontroller pada papan Arduino telah memuat sebuah program kecil yang akan menyalakan LED tersebut berkedip-kedip dalam jeda satu detik. Jadi sangat mudah untuk menguji apakah sebuah papan Arduino baru dalam kondisi baik atau tidak, cukup sambungkan papan itu dengan sebuah komputer dan perhatikan apakah LED indikator daya menyala konstan dan LED dengan pin13 itu menyala berkedip-kedip. Software Arduino yang akan digunakan adalah IDE, walaupun masih ada beberapa software lain yang sangat berguna selama pengembangan Arduino. IDE Arduino adalah software yang sangat canggih ditulis dengan menggunakan Java. IDE Arduino terdiri dari:
Editor program, sebuah window yang memungkinkan pengguna menulis dan mengedit program dalam bahasa processing.
Compiler, sebuah modul yang mengubah kode program (bahasa Processing) menjadi kode biner. Bagaimanapun sebuah microcontroller tidak akan bisa memahami bahasa Processing. Yang bisa dipahami oleh microcontroller adalah kode biner. Itulah sebabnya compiler diperlukan dalam hal ini.
Uploader, sebuah modul yang memuat kode biner dari Jomputer ke dalam memory di dalam papan Arduino.
Berikut ini adalah contoh tampilan IDE Arduino dengan sebuah sketch yang sedang diedit.
12
Gambar 2.4 Tampilan IDE Arduino 2.2.
Bluetooth HC-06 Bluetooth adalah salah satu bentuk komunikasi data secara nirkabel
berbasis frekwensi radio. Penggunaan utama dari modul Bluetooth ini adalah menggantikan komunikasi serial menggunakan kabel. Bluetooth terdiri dari dua jenis perangkat, yaitu Master (pengirim data) dan Slave (penerima). Modul HC-06 dari produsen koneksi secara default diset di kecepatan 9,600 bps (bisa dikustomisasi antara 1200 bps hingga 1,35 Mbps). Modul HC-06 hanya bisa berperan sebagai slave device. Sistem mikrokontroler yang dipasang modul Bluetooth Slave dapat berkomunikasi dengan perangkat lain misal laptop yang dilengkapi adapter Bluetoot, perangkat ponsel, smartphone, gps dan lain-lain. Jadi syarat utama agar dapat terkoneksi antara dua perangkat yang memiliki modul Bluetooth adalah yang satu mode slave dan yang satu mode master. Dan syarat lain yang wajib adalah password pada waktu pairing yang di minta cocok.
13
Modul ini dioperasikan lewat perintah AT (AT commands) yang dikirimkan secara serial. AT Command adalah perintah-perintah yang digunakan dalam komunikasi dengan serial port. Dengan AT Command kita dapat melakukan reset nama Bluetooth , reset password, reset baud rate dan melihat the version number. Catu daya untuk untuk modul ini sebesar 3v3 . Untuk pengguna Arduino bisa meyambungkan keluaran 3v3 ke pin Vcc pada modul . Besar arus yang digunakan antara 8 mA saat komunikasi hingga 30 mA saat proses pairing.
Gambar 2.5 HC- 06 Bluetooth 2.3.
Relay Relay adalah Saklar (Switch) yang dioperasikan secara listrik dan
merupakan komponen Electromechanical (Elektromekanikal) yang terdiri dari 2 bagian utama yakni Elektromagnet (Coil) dan Mekanikal (seperangkat Kontak Saklar/Switch).
Relay
menggunakan
Prinsip
Elektromagnetik
untuk
menggerakkan Kontak Saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. Sebagai contoh, dengan Relay yang menggunakan Elektromagnet 5V dan 50 mA mampu
14
menggerakan Armature Relay (yang berfungsi sebagai saklarnya) untuk menghantarkan listrik 220V 2A. Dibawah ini adalah gambar bentuk Relay dan Simbol Relay yang sering ditemukan di Rangkaian Elektronika.
Gambar 2.6 Bentuk Relay dan Simbol Relay
Pada dasarnya, Relay terdiri dari 4 komponen dasar yaitu :
1. Electromagnet (Coil) 2. Armature 3. Switch Contact Point (Saklar) 4. Spring Berikut ini merupakan gambar dari bagian-bagian Relay :
15
Gambar 2.7 Bagian-Bagian Relay
Kontak Poin (Contact Point) Relay terdiri dari 2 jenis yaitu :
Normally Close (NC) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada di posisi CLOSE (tertutup)
Normally Open (NO) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada di posisi OPEN (terbuka)
Berdasarkan gambar diatas, sebuah Besi (Iron Core) yang dililit oleh sebuah kumparan Coil yang berfungsi untuk mengendalikan Besi tersebut. Apabila Kumparan Coil diberikan arus listrik, maka akan timbul gaya Elektromagnet yang kemudian menarik Armature untuk berpindah dari Posisi sebelumnya (NC) ke posisi baru (NO) sehingga menjadi Saklar yang dapat menghantarkan arus listrik di posisi barunya (NO). Posisi dimana Armature tersebut berada sebelumnya (NC) akan menjadi OPEN atau tidak terhubung. Pada saat tidak dialiri arus listrik, Armature akan kembali lagi ke posisi Awal (NC). Coil yang digunakan oleh Relay untuk menarik Contact Poin ke Posisi Close pada umumnya hanya membutuhkan arus listrik yang relatif kecil.
16
Karena Relay merupakan salah satu jenis dari Saklar, maka istilah Pole dan Throw yang dipakai dalam Saklar juga berlaku pada Relay. Berikut ini adalah penjelasan singkat mengenai Istilah Pole and Throw :
Pole : Banyaknya Kontak (Contact) yang dimiliki oleh sebuah relay
Throw : Banyaknya kondisi yang dimiliki oleh sebuah Kontak (Contact)
Berdasarkan penggolongan jumlah Pole dan Throw-nya sebuah relay, maka relay dapat digolongkan menjadi :
Single Pole Single Throw (SPST) : Relay golongan ini memiliki 4 Terminal, 2 Terminal untuk Saklar dan 2 Terminalnya lagi untuk Coil.
Single Pole Double Throw (SPDT) : Relay golongan ini memiliki 5 Terminal, 3 Terminal untuk Saklar dan 2 Terminalnya lagi untuk Coil.
Double Pole Single Throw (DPST) : Relay golongan ini memiliki 6 Terminal, diantaranya 4 Terminal yang terdiri dari 2 Pasang Terminal Saklar sedangkan 2 Terminal lainnya untuk Coil. Relay DPST dapat dijadikan 2 Saklar yang dikendalikan oleh 1 Coil.
Double Pole Double Throw (DPDT) : Relay golongan ini memiliki Terminal sebanyak 8 Terminal, diantaranya 6 Terminal yang merupakan 2 pasang Relay SPDT yang dikendalikan oleh 1 (single) Coil. Sedangkan 2 Terminal lainnya untuk Coil.
Selain Golongan Relay diatas, terdapat juga Relay-relay yang Pole dan Throw-nya melebihi dari 2 (dua). Misalnya 3PDT (Triple Pole Double Throw) ataupun 4PDT (Four Pole Double Throw) dan lain sebagainya.
17
Untuk lebih jelas mengenai Penggolongan Relay berdasarkan Jumlah Pole dan Throw, silakan lihat gambar dibawah ini :
Gambar 2.8 Jenis Relay Berdasarkan Pole dan Trow 2.4
Solenoid Bagian ini berfungsi sebagai aktuator. Prinsip dari solenoid sendiri akan
bekerja sebagai pengunci dan akan aktif ketika diberikan tegangan sebesar 12V. Didalam solenoid terdapat kawat yang melingkar pada inti besi. Ketika arus listrik mengalir melalui kawat ini, maka
terjadi medan magnet untuk
menghasilkan energi yang akan menarik inti besi ke dalam.
18
Solenoid adalah alat yang dapat mengubah
energi listrik menjadi
energi mekanik atau linier. Solenoid yang paling umum biasanya menggunakan medan magnet yang dibuat dari arus listrik yang ditrigger sebagai aksi kerja dorong atau tarik pada sebuah objek sebagai strarter, valve, switch dan latches.
Gambar 2.9. Selenoid 2.5
Android Meets Robots Voice Control Android Meets Robots Voice Control adalah aplikasi untuk smartphone
android yang dikembangkan oleh ROBOTSPACE. Fungsi dari aplikasi Android Meets Robots Voice Control adalah untuk pengontrolan suatu perangkat yang menggunakan mikrokontroller seperti Arduino menggunakan perintah suara. Aplikasi ini bisa langsung diunduh pada Google Play Store pada smartphone android.
19
Gambar 2.10 Android Meets Robots Voice Control
Aplikasi Android Meets Robots Voice Control membutuhkan koneksi internet untuk dapat terhubung dengan Google Voice yang berfungsi untuk mendeteksi kalimat perintah yang diucapkan pengguna. Bahasa yang digunakan dapat dipilih pada aplikasi ini. Selain koneksi internet aplikasi ini juga membutuhkan koneksi Bluetooth untuk menghubungkan smartphone android dengan microcontroller.
20
Gambar 2.11 Tampilan Aplikasi Android Meets Robots Voice Control
2.6.
Android Meets Robots Gesture Control Android Meets Robots Gesture Control adalah aplikasi untuk handphone
android yang dikembangkan oleh ROBOTSPACE. Aplikasi ini bias langsung diunduh pada Google Play Store. Fungsi dari aplikasi Android Meets Robots Gesture Control adalah untuk pengontrolan suatu perangkat yang menggunakan mikrokontroller seperti Arduino menggunakan perintah gerakan gesture jari pada layar smartphone android.
21
Gambar 2.12 Android Meets Robots Gesture Control Android Meets Robots Gesture Control membutuhkan koneksi Bluetooth antara handphone android dengan microcontroller.
Gambar 2.13 Bentuk Gesture pada Aplikasi Android Meets Robots Gesture Control
22
