I Nyoman Kusuma Wardana

TEKNIK ANTARMUKA MATLAB DAN ARDUINO Membangun Interaksi antara Bahasa Komputasi Teknis dengan Platform Berbasis Mikrokontroler

I Nyoman Kusuma Wardana

Penerbit Vaikuntha International Publication

Teknik Antarmuka MATLAB dan Arduino Membangun Interaksi antara Bahasa Komputasi Teknis dengan Platform Berbasis Mikrokontroler Hak cipta dilindungi undang-undang © 2016 pada Penulis ISBN 978-602-73078-4-1 xvi + 411 hlm. ; 14,8 × 21 cm Penulis Editor Desain Sampul

: I Nyoman Kusuma Wardana : Tim Robotics & Embedded Systems (RADE) STMIK STIKOM Bali : I Nyoman Kusuma Wardana

Penerbit: Vaikuntha International Publication Jalan Veteran No.29, Denpasar, Bali, Indonesia Tel: +62 85 738 647 717 [email protected] Bekerjasama dengan: Miarana DIY Jalan Raya Singapadu-Angantaka, Banjar Kutri, Singapadu Tengah, Sukawati, Gianyar, Bali Indonesia 80525 Tel: +62 81 339 345 239 [email protected] www.tutorkeren.com

ii

iii

iv

KATA PENGANTAR PENGANTAR DARI PENULIS Sejak kelahirannya sekitar tahun 2005, penggunaan platform Arduino benar-benar mendunia, baik produk official-nya, maupun unofficial-nya. Saat ini, berbagai shield dan produk yang mendukung penggunaan Arduino telah hadir secara luas. Arduino menyajikan bagaimana menyenangkan dan mudahnya memprogram sebuah mikrokontroler. Berkat kemunculan Arduino, mikrokontroler yang dulunya hanya dipelajari oleh kalangan tertentu saja, kini telah diminati oleh berbagai kalangan, baik dari pelajar dan mahasiswa berbagai jurusan, akademisi, praktisi dan para penggemar dunia mikrokontroler. MATLAB merupakan bahasa komputasi teknis yang andal. Saat ini, MATLAB telah merilis pustaka yang memungkinkan kita untuk menghubungkan MATLAB dan Arduino dengan sangat mudah. Arduino dapat sepenuhnya dikontrol dengan menggunakan MATLAB. Penggunaan pustaka ini menjadi salah satu pokok bahasan utama dalam buku ini. Namun demikian, Penulis mengamati bahwa tidak semua kasus cocok diselesaikan menggunakan pustaka ini. Oleh karena itu, untuk kasus-kasus tertentu, akan lebih praktis jika kita memanfaatkan fungsi komunikasi serial biasa yang telah disediakan MATLAB, bukan menggunakan pustaka. Buku ini akan mengulas teknik antarmuka MATLAB dan Arduino, serta konsep-konsep dasar yang melatarbelakangi topik tersebut. Namun demikian, buku ini tidak mengulas bagaimana memprogram Arduino dan MATLAB mulai dari nol secara detail. Penulis mengasumsikan bahwa Pembaca memiliki sedikit dasar mengenai kedua bahasa pemrograman tersebut. Namun demikian, Penulis menyajikan penjelasan yang lebih rinci tentang bagaimana suatu sistem bekerja. Pemahaman terhadap suatu topik tertentu dalam buku inilah yang menjadi fokus Penulis.

v

Karena luasnya cakupan materi dan aplikasi terkait MATLAB dan Arduino, Penulis menyadari bahwa buku ini belum mengulas semua topik tersebut. Ada berbagai topik yang belum bisa Penulis sampaikan melalui buku ini, baik karena faktor keterbatasan pengalaman, maupun keterbatasan pengetahuan yang dimiliki oleh Penulis. Penulis berharap dapat mengulas topik-topik penting lainnya pada edisi buku selanjutnya. Namun demikian, Penulis tetap berharap bahwa buku ini dapat memberikan manfaat untuk Pembaca. Melalui buku ini, Penulis berharap dapat memberikan gambaran awal penggunaan MATLAB dan Arduino untuk berbagai penerapan.

STRUKTUR PENULISAN BUKU Buku ini ditulis berdasarkan struktur yang Penulis harapkan dapat menuntun Pembaca pada suatu pemahaman mengenai topik yang sedang dibahas. Berikut susunan bab yang dirancang oleh Penulis: BAB 1.

Mikrokontroler dan Arduino : mengantarkan pembaca untuk memahami dasar kedua istilah ini, yaitu mikrokontroler dan Arduino.

BAB 2.

Pengenalan MATLAB : mengantarkan pembaca tentang pengenalan lingkungan kerja MATLAB dan dasar pemrogramannya.

BAB 3.

Konsep Antarmuka MATLAB dan Arduino : menjelaskan filosofi mengapa MATLAB dan Arduino dihubungkan.

BAB 4.

Instalasi Pustaka Arduino : menjelaskan langkahlangkah dalam instalasi pustaka MATLAB pada Arduino beserta isu-isu penting terkait penggunaan pustaka ini.

BAB 5.

Pengantar Teknik Antarmuka : bab ini akan mengantarkan pembaca untuk memulai membuat antarmuka menggunakan MATLAB.

BAB 6.

Antarmuka Sensor : mengantarkan pembaca bagaimana membuat antarmuka sensor, baik sensor analog maupun digital.

vi

BAB 7.

Antarmuka Aktuator : menjelaskan beberapa antarmuka aktuator, seperti relai, motor DC, motor stepper, motor servo dan LCD.

BAB 8.

Komunikasi I2C : membahas dasar teori dari protokol I2C, beserta penerapannya pada Arduino

BAB 9.

Komunikasi SPI : mengulas dasar teori dari protokol SPI, beserta penerapannya pada Arduino.

BAB 10. Streaming Data Online : membahas streaming data secara online menggunakan fasilitas Plotly. BAB 11. Bekerja dengan Database : menjelaskan bagaimana membangun database menggunakan MySQL dan Microsoft Access BAB 12. Menggunakan Fasilitas Report Generator : membahas bagaimana mencetak hasil logger sensor kedalam bentuk laporan Jika Pembaca mengamati tanda “ << ”, maka hal tersebut berarti bahwa penulisan dilakukan pada jendela Command Window pada MATLAB. Tanda << sendiri bukan merupakan bagian dari program, namun merupakan tanda yang muncul ketika kita menuliskan perintah MATLAB melalui Command Window. Skrip yang ditulis tanpa tanda “ << ” adalah skrip yang ditulis pada jendela Editor.

BAGI PARA PEMBACA Buku ini disusun menggunakan MATLAB versi 2014a. Semua percobaan yang dilakukan di dalam buku ini telah dicoba dan diuji berdasarkan MATLAB versi tersebut. Secara umum, skrip dalam buku ini dapat dicoba di MATLAB versi yang lain. Namun demikian, penulis sangat menyarankan bagi para Pembaca untuk menggunakan MATLAB dengan versi minimal 2014a. Jenis Arduino yang dicobakan dalam buku ini adalah Arduino Uno R3. Selain Uno, Pembaca juga dapat mencoba papan bertipe Mega. Namun demikian, Pembaca diharuskan untuk mengubah sedikit sintaks pada buku ini, dan menyesuaikannya dengan tipe papan Arduino yang digunakan.

vii

Walaupun buku ini membahas pemrograman MATLAB dan Arduino, buku ini tidak membahas secara detail mengenai dua pokok berikut: 1. Bagaimana memprogram Arduino mulai dari dasar 2. Bagaimana memprogram MATLAB mulai dari dasar Dalam buku ini, Penulis hanya akan mengantarkan sekilas mengenai kedua pokok pembahasan tersebut. Penulis berharap Pembaca dapat mencari referensi lainnya yang memang diperuntukkan untuk kedua pokok bahasan tersebut. Untuk mempelajari Arduino lebih jauh, Penulis menyarankan Pembaca untuk mengunjungi laman web resmi dari Arduino, yaitu di www.arduino.cc. Bagi Pembaca yang ingin mengetahui produk terbaru dari MATLAB, bertukar informasi dengan pengguna MATLAB yang lain, menonton video serta contoh-contoh pemrograman, Penulis menganjurkan untuk mengunjungi laman web resmi dari MATLAB yaitu di www.mathworks.com. Pada buku ini, Penulis juga mewajibkan Pembaca untuk membuat akun di situs tersebut, karena akan digunakan pada proses instalasi pustaka MATLAB untuk keperluan antarmuka dengan Arduino. Semua skrip yang digunakan dalam buku ini dapat diunduh secara gratis oleh Pembaca melalui tautan yang disertakan pada bagian akhir dari buku ini. Pembaca dapat menggunakan dan memodifikasi skrip tanpa memerlukan izin tertulis dari Penulis. Namun demikian, sesuai etika, sebaiknya Pembaca menyertakan sumber aslinya. Penulis mengucapkan terima kasih kepada rekan-rekan yang telah membantu proses penulisan dan penerbitkan buku ini. Dengan segala kerendahan hati, Penulis juga sangat mengharapkan kritik, saran, masukan serta pertanyaan dari Pembaca. Hal ini sangat berguna untuk perbaikan bagi Penulis dan buku ini selanjutnya. Bagi Pembaca yang ingin menghubungi Penulis, silahkan hubungi: Email : [email protected] Website : tutorkeren.com Denpasar, September 2015 Penulis viii

UCAPAN TERIMA KASIH Segala pujian kepada Tuhan Yang Maha Esa. Segala pujian kepada Sri Guru dan Sri Gaurangga. Hanya atas karunia Beliaulah buku ini dapat diterbitkan. Selanjutnya, Penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang setulus-tulusnya kepada: 1.

Para Guru di sekolah dasar dan menengah. Para Dosen dan almamater tercinta: Jurusan Teknik Fisika UGM, Magister Sistem Teknik UGM, Rekayasa Pertambangan ITB, serta Politecnico di Torino, Italia. Buku ini secara khusus didedikasikan untuk para guru, dosen dan almamater.

2.

Kedua orang tua dan kedua kakak Penulis yang selalu mendoakan dan memberikan dukungan penuh kepada Penulis.

3.

Segenap civitas akademika STMIK STIKOM Bali yang telah banyak membantu Penulis untuk berkarya. Tidak lupa kepada Politeknik Negeri Bali, yang selanjutnya menjadi tempat bagi penulis untuk mengabdi.

4.

Anggota tim Narayana Instruments dan Miarana DIY yang telah memberi masukan secara teknis. Secara khusus penulis ucapkan terima kasih kepada I Wayan Aditya Suranata yang telah memfasilitasi penerbitan dan publikasi.

5.

Anggota Grup Riset Robotics and Embedded Systems (RADE) STMIK STIKOM Bali yang telah menjadi tempat Penulis untuk berbagi. Secara khusus kepada I Komang Agus Ady Aryanto dan Soni Wijaya Santoso, yang telah banyak membantu penyusunan materi dalam buku ini.

6.

Keluarga besar ISKCON yang selalu memberi semangat dan bimbingan kepada Penulis.

7.

Pihak penerbit yang membantu merealisasikan buku ini sehingga sampai ke tangan Pembaca.

8.

Para Pembaca buku ini, dan rekan-rekan lain yang tidak dapat Penulis sebutkan namanya satu-persatu, yang telah memberi saran, semangat dan doa. Terima kasih untuk semuanya.

Semoga buku ini bermanfaat. ix

x

DAFTAR ISI KATA PENGANTAR v Pengantar dari Penulis ............................................................... v Struktur Penulisan Buku .......................................................... vi Bagi para Pembaca .................................................................. vii UCAPAN TERIMA KASIH ix DAFTAR ISI xi BAB 1 MIKROKONTROLER DAN ARDUINO 1 Mikrokontroler vs Mikroposesor .................................................1 Sistem Tertanam .......................................................................3 Physical Computing ...................................................................4 Mikrokontroler dan Arduino .......................................................7 Memori pada Arduino ................................................................9 Papan (Board) Arduino ............................................................. 10 IDE Arduino ............................................................................ 13 Struktur Pemrograman Arduino ............................................... 15 setup().................................................................................. 15 loop() .................................................................................... 16 Komentar ............................................................................. 16 Kurung Kurawal ................................................................... 17 Tanda Titik Koma ................................................................. 17 Variabel pada Pemrograman Arduino ....................................... 17 Fungsi pada Pemrograman Arduino ......................................... 20 BAB 2 PENGENALAN MATLAB 21 Apa itu MATLAB? .................................................................... 21 Proses Instalasi MATLAB ......................................................... 22 Lingkungan Pengembangan MATLAB ....................................... 26 Bekerja dengan MATLAB .......................................................... 29 Bekerja pada Command Window .......................................... 29 Bekerja dengan Jendela Editor ............................................. 30 Dasar Matriks .......................................................................... 31 xi

Membentuk Matriks ............................................................. 31 Indexing Matriks .................................................................. 32 Membentuk dan Mengakses Cell .......................................... 35 Statemen Kontrol .................................................................... 35 Kontrol if, elseif, else ............................................................ 36 Kontrol for ........................................................................... 36 Kontrol While ....................................................................... 37 Bekerja dengan Grafik ............................................................. 38 MATLAB dan Perkembangannya .............................................. 41 BAB 3 KONSEP ANTARMUKA MATLAB DAN ARDUINO 43 Mengapa Menghubungkan MATLAB dengan Arduino? ............. 43 Komunikasi Serial ................................................................... 45 Dasar Komunikasi Serial ...................................................... 46 Komunikasi MATLAB - Arduino ............................................... 49 Komunikasi Menggunakan fungsi serial ............................... 50 Instalasi Pustaka Arduino pada MATLAB .............................. 51 Isu Penting Penggunaan Pustaka ............................................. 53 BAB 4 PUSTAKA ARDUINO PADA MATLAB 55 Hardware Support Packages .................................................... 55 Instalasi Pustaka secara Online ............................................... 56 Uji Koneksi ............................................................................. 60 Fungsi Dasar Pustaka Arduino ................................................ 62 Menghubungkan MATLAB-Arduino ...................................... 63 Membaca dan Menulis Pin Digital ........................................ 64 Memainkan Nada ................................................................. 67 Membaca dan Menulis Pin Analog ........................................ 68 Instalasi Mutlak Diperlukan? .................................................. 71 Memanfaatkan Fasilitas Help .................................................. 72 BAB 5 PENGANTAR TEKNIK ANTARMUKA 75 Dasar Visualisasi Data ............................................................ 75 Visualisasi Gelombang Sinus ............................................... 76 Mengambil Data Sensor ....................................................... 81 Visualisasi Data Secara Simultan ......................................... 85 Bekerja dengan Komponen GUI Dasar ..................................... 89 Perancangan Hardware ........................................................ 90 xii

Perancangan Software .......................................................... 90 Bekerja dengan Grafik ........................................................... 105 BAB 6 ANTARMUKA SENSOR 123 Antarmuka Sensor Analog ..................................................... 123 Pengenalan ADC................................................................. 123 Konfigurasi Sensor Analog .................................................. 126 Pemrograman Sensor Analog .............................................. 130 Antarmuka Sensor Digital ...................................................... 130 Bekerja dengan Sensor Ultrasonik ...................................... 131 BAB 7 ANTARMUKA AKTUATOR 141 Antarmuka Relai .................................................................... 141 Prinsip kerja Relai .............................................................. 142 Pemrograman Relai ............................................................ 143 Antarmuka motor DC ............................................................ 144 Prinsip Dasar ..................................................................... 144 Pulse Width Modulation...................................................... 145 Mengatur Kecepatan dan Arah Putar Motor DC ................... 148 Membangkitkan PWM pada MATLAB .................................. 152 Rancangan GUI untuk Mengontrol Motor DC ...................... 154 Antarmuka Motor Servo ......................................................... 159 Prinsip Kerja ...................................................................... 159 Pemrograman Motor Servo .................................................. 161 Pemrograman GUI untuk Motor Servo ................................ 165 Antarmuka Motor Stepper ...................................................... 174 Prinsip Kerja ...................................................................... 174 Tipe Koneksi Koil pada Stepper ........................................... 179 Pemrograman GUI untuk Motor Stepper ............................. 181 Antarmuka LCD .................................................................... 198 Konfigurasi Perangkat Keras ............................................... 199 Rancangan GUI untuk Mengirimkan Data Ke LCD .............. 200 BAB 8 KOMUNIKASI I2C 211 Pendahuluan ......................................................................... 211 Arsitektur Komunikasi I2C..................................................... 212 Skema Komunikasi I2C .......................................................... 213 Format Paket dalam I2C ........................................................ 215 xiii

Format Paket Alamat ......................................................... 215 Format Paket Data ............................................................. 217 I2C pada Arduino .................................................................. 218 Pin-pin I2C pada Arduino ................................................... 219 Konfigurasi Master-Slave pada I2C ..................................... 219 Pemrograman I2C ................................................................. 221 Pemrograman Slave ........................................................... 222 Rangkaian Perangkat Keras ............................................... 225 Pemrograman MATLAB untuk I2C ...................................... 226 Pemrograman GUI ................................................................. 229 Pemrograman Slave ........................................................... 230 Pemrograman MATLAB ...................................................... 231 BAB 9 KOMUNIKASI SPI 245 Pendahuluan ........................................................................ 245 Arsitektur Komunikasi SPI .................................................... 246 Skema Komunikasi SPI ......................................................... 248 Menulis Melalui SPI ............................................................... 250 Membaca Melalui SPI ............................................................ 251 SPI pada Arduino .................................................................. 252 Pin-pin SPI pada Arduino ................................................... 252 Konfigurasi Master-Slave pada SPI ..................................... 253 Pemrograman SPI .................................................................. 254 Konfigurasi Perangkat Keras .............................................. 254 Pemrograman Slave ........................................................... 255 Pemrograman Master ......................................................... 257 Pemrograman GUI ................................................................. 259 BAB 10 STREAMING DATA ONLINE 271 Membuat Akun pada Plotly.................................................... 272 Plotly untuk MATLAB ............................................................ 273 Memulai Streaming Data ....................................................... 279 Streaming Data dari Arduino ................................................. 284 BAB 11 BEKERJA DENGAN DATABASE 301 Membangun Basis Data Menggunakan MySQL ...................... 302 Instalasi XAMPP ................................................................ 303 Membuat Database MySQL ................................................ 306 xiv

Membangun koneksi MySQL pada MATLAB ........................ 313 Pemrograman database MySQL melalui MATLAB ................ 320 Koneksi MySQL menggunakan GUI .................................... 329 Membangun Database Menggunakan Microsoft Access ........... 352 Mempersiapkan Database................................................... 352 Menghubungkan database Dengan MATLAB ....................... 356 Pemrograman Database melalui MATLAB ........................... 360 Antarmuka Basis Data Menggunakan GUI .......................... 363 BAB 12 MENGGUNAKAN FASILITAS REPORT GENERATOR 385 Memulai Report Generator ..................................................... 385 Merancang Layout Laporan .................................................... 388 Memodifikasi Skrip Report ..................................................... 394 Merancang Antarmuka Report ............................................... 397 DAFTAR BACAAN 405 LAMPIRAN 409 File Penyerta .......................................................................... 409 TENTANG PENULIS 411

xv

xvi

BAB 1

MIKROKONTROLER DAN ARDUINO

Pada bab ini, konsep dasar yang membedakan istilah mikrokontroler dengan mikroprosesor akan diperkenalkan. Selain itu, Pembaca akan diperkenalkan dua istilah penting, yaitu embedded system dan physical computing. Selanjutnya, pembaca akan diantarkan untuk membedakan istilah mikrokontroler dan Arduino. Banyak yang beranggapan bahwa Arduino adalah mikrokontroler. Namun, secara konsep, Arduino dan mikrokontroler adalah dua istilah yang berbeda. Di akhir bab, Pembaca akan diantarkan mengenai IDE Arduino dan struktrur pemrograman Arduino. Namun demikian, Penulis menyadari bahwa bab ini hanya sebagai pengantar. Penulis sangat menganjurkan pembaca untuk mendalami lebih jauh pemrograman Arduino dari berbagai sumber lainnya.

MIKROKONTROLER VS MIKROPOSESOR Sebelum membahas tentang Arduino, kita akan mengulas sedikit mengenai konsep dasar mikrokontroler. Mungkin kita sering mendengar istilah prosesor atau mikroprosesor, dan disatu sisi kita juga mengenal istilah mikrokontroler. Mungkin banyak diantara kita yang masih kebingungan dengan perbedaan istilahistilah tersebut. Nah, sebenarnya apasih perbedaan antara prosesor dan mikrokontroler? Prosesor, atau mikroprosesor, atau lebih dikenal sebagai CPU (Central Processing Unit) adalah sebuah chip yang berfungsi sebagai unit pemrosesan pusat dari suatu komputer. Beberapa contoh 1

mikroprosesor seperti keluarga Intel x86 (contoh: mikroprosesor 8086, 80286, 80386, 80486 dan Pentium) tidak memiliki RAM, ROM atau komponen I/O (input/output) dalam satu chip. Komponen-komponen tambahan ini diletakkan secara terpisah dari chip mikroprosesor. Mikroprosesor sendiri belum dapat menjalankan fungsi layaknya sebuah komputer. Suatu fungsi komputer baru dapat dijalankan ketika semua komponen ini bergabung menjalankan tugasnya masing-masing. Oleh karena itu, mereka dikenal juga dengan istilah general-purpose microprocessor, atau prosesor dengan tujuan umum. Disisi lain, mikrokontroler adalah sebuah chip yang memiliki mikroprosesor di dalamnya, serta komponen pendukung lainnya seperti RAM, ROM, port I/O serta timer yang terintegrasi dalam satu chip (atau IC, integrated circuit). Dengan kata lain, jika keseluruhan komponen utama sebuah komputer ditempatkan dalam sebuah chip tunggal, maka chip tersebut dikenal dengan istilah mikrokontroler. Untuk memperjelas perbedaan kedua istilah ini, kita bisa amati Gambar 1.1.

Gambar 1.1 Perbandingan Arsitektur (a) Sistem Mikroprosesor dan (b) Sistem Mikrokontroler

2

Dari segi harga, tentunya konfigurasi mikroposesor dengan komponen eksternalnya (RAM, ROM, I/O, dan sebagainya) akan membuat harga menjadi jauh lebih mahal daripada sebuah mikrokontroler. Dari sudut pandang performa, sudah jelas bahwa konfigurasi CPU dengan komponen eksternalnya akan jauh lebih baik daripada sebuah mikrokontroler. Namun demikian, mikrokontroler dapat menjadi pilihan utama, terutama untuk aplikasi yang mempertimbangkan ukuran, harga serta portability (mudah dibawa kemana-mana). Pada Gambar 1.1 (b), kita dapat mengamati bahwa salah satu komponen menarik yang dimiliki oleh mikrokontroler adalah ADC (analog-to-digital converter). ADC adalah komponen yang digunakan untuk mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital. Penerapan ADC sangat penting, misalnya ketika kita menggunakan mikrokontroler untuk aplikasi-aplikasi yang melibatkan sensor analog.

SISTEM TERTANAM Mikrokontroler memiliki peranan yang signifikan dalam dunia elektronik, salah satunya dalam dunia sistem tertanam. Sistem tertanam, atau sistem terbenam adalah istilah umum yang biasa digunakan untuk menyebut suatu istilah dalam bahasa Inggris, yaitu embedded system. Mikroprosesor dan mikrokontroler merupakan komponen yang banyak digunakan pada produkproduk embedded system. Produk embedded system dikontrol oleh mikroprosesor (atau mikrokontroler) yang telah ditanamkan pada alat tersebut. Ada banyak produk embedded system disekitar kita, seperti printer, remote control, telepon, TV, mesin cuci, dan sebagainya. Pada umumnya, ROM pada suatu produk embedded system akan ditanamkan program yang secara khusus digunakan hanya untuk menjalankan sebuah fungsi. Ambilah contoh sebuah printer. Printer dilengkapi dengan mikroprosesor yang secara khusus menjalankan fungsi sebuah printer, yaitu mengambil data dari komputer dan mencetaknya. Berbeda halnya dengan sebuah PC (personal computer), PC dapat menjalankan berbagai fungsi sesuai dengan program aplikasi yang telah terinstal di dalamnya. Sebuah PC terdiri dari berbagai produk embedded system, seperti keyboard, mouse, printer, modem dan sebagainya. Setiap komponen pendukung dari sebuah PC ini memiliki mikrokontroler

3

di dalamnya. Sebagai contoh, kita bisa amati sebuah mouse. Mikrokontroler menjalankan fungsinya yaitu mencari posisi mouse dan mengirimnya ke PC. Saat ini, perkembangan penggunaan mikrokontroler untuk produk embedded system sudah sangat banyak, terutama dikalangan Pelajar, Mahasiswa, Praktisi serta Umum. Di kalangan Mahasiswa, penggunaan mikrokontroler baik untuk skripsi dan proyek lainnya tidak hanya didominasi oleh Mahasiswa Jurusan Teknik dan Sains tertentu (seperti Teknik Elektro, Teknik Fisika, Elektronika dan Instrumentasi, Ilmu Komputer dan sebagainya), tetapi juga telah meluas ke jurusan-jurusan lain. Salah satu meluasnya penggunaan mikrokontroler adalah dengan lahirnya produk yang berlabel Arduino.

PHYSICAL COMPUTING Setelah membahas peranan mikrokontroler dalam dunia embedded system, mari kita membahas istilah lainnya, yaitu physical computing. Apa kaitannya mikrokontroler dengan physical computing? Physical Computing atau komputasi fisik adalah usaha untuk membuat suatu sistem yang dapat menghubungkan dunia nyata (physical world) dengan dunia virtual pada komputer. Sistem yang dibangun merupakan kombinasi perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software) yang bersifat interaktif, yaitu dapat menerima rangsangan dari lingkungan luar dan merespon balik. Physical computing adalah sebuah konsep untuk memahami hubungan yang manusiawi antara lingkungan yang sifat alaminya adalah analog dengan komputer yang bekerja secara digital. Physical computing adalah suatu pendekatan dari proses interaksi antara manusia-komputer yang berawal dari bagaimana manusia mengekspresikan diri mereka secara fisik. Tubuh manusia dan segala kemampuannya menjadi titik awal atau „starting point‟, dan selanjutnya diusahakan merancang suatu antarmuka, baik secara hardware maupun software yang dapat merasakan dan merespon apa saja yang manusia bisa lakukan secara fisik. Karena berawal dari kemampuan seseorang, maka usaha untuk mewujudkan suatu skema physical computing memerlukan pemahaman tentang bagaimana caranya agar komputer dapat 4

merasakan aksi fisik. Ketika kita melakukan aksi, kita menyebabkan berbagai perubahan bentuk energi. Sebagai contoh, suara yang dihasilkan oleh pita suara yang dirambatkan melalui udara akan menyebabkan perubahan tekanan udara. Demikian pula dalam physical computing, parameter-parameter alam seperti suhu, tekanan, kelembaban, dan sebagainya akan ditangkap oleh sensor dan selanjutnya melalui rangkaian elektronika yang tepat akan diolah oleh komputer digital. Komputer selanjutnya memberi respon ke dunia fisik melalui penggunaan berbagai aktuator, misalnya motor, valve, dan sebagainya. Amatilah Gambar 1.2. Physical computing adalah sebuah konsep untuk memahami hubungan yang manusiawi antara lingkungan yang sifat alaminya adalah analog dengan dunia komputer yang sifatnya adalah digital. Umumnya, alat yang biasa digunakan sebagai „komputer‟ untuk mengolah segala sesuatu adalah mikrokontroler. Mikrokontroler dapat dipasang sensor untuk merasakan parameter-parameter alam dan selanjutnya dapat diolah dan memberikan aksi ke lingkungan menggunakan aktuator, misalnya menghidupkan lampu, motor, kipas dan sebagainya. Pembuatan purwarupa (prototype) atau prototyping adalah kegiatan yang sangat penting dalam proses physical computing. Pada tahap inilah seorang perancang melakukan eksperimen dan uji coba dari berbagai jenis komponen, ukuran, parameter, program komputer dan sebagainya secara berulang-ulang. Kegiatan ini dilakukan sampai diperoleh kombinasi yang dirasa paling tepat. Pada tahap prototyping inilah kemampuan programming serta analisis dari perancang akan dieksplorasi. Kesuksesan tidak semata-mata dipengaruhi oleh kemampuan memprogram sebuah mikrokontroler, tetapi juga memerlukan pengetahuan mengenai fenomena alam, pemodelan dalam rumus-rumus matematika, serta analisis terhadap rangkaian elektronika. Sering kali terjadi error pada proses ini, baik dikarenakan oleh kesalahan dalam program, kesalahan dalam perhitungan matematis, maupun kesalahan pada perangkat keras yang sangat membutuhkan berbagai kemampuan seperti yang disebutkan sebelumnya. Terkadang, proses inilah yang membuat kita menjadi frustasi. Namun demikian, proses dan pengalaman inilah yang sering membuat seseorang bisa menjadi mahir dalam membuat suatu sistem physical computing.

5

Gambar 1.2 Interaksi Dunia Fisik dan Virtual yang Dijembatani oleh Penggunaan Sensor dan Aktuator Proses prototyping komponen perangkat keras merupakan suatu proses merangkai berbagai komponen elektronika, seperti resistor, transistor, kapasitor, dan sebagainya dengan suatu aturan tertentu sesuai peruntukan rangkaian elektronikanya. Komponenkomponen tersebut dihubungkan melalui jalur tembaga pada suatu papan yang dikenal dengan istilah printed circuit board (PCB). Tidak semua orang memiliki keahlian yang sama dalam merancang PCB yang tepat. Oleh karena itu, terkadang proses prototyping dalam sistem physical computing menjadi suatu yang sangat melelahkan dan berbiaya mahal. Saat ini, ketika teknologi mikroprosesor telah berkembang, proses prototyping dapat dikerjakan dengan lebih menyenangkan. Mengapa demikian? Sebab saat ini telah hadir beberapa platform prototyping yang beredar di pasaran. Platform ini hadir tidak hanya dalam bentuk hardware, namun juga software. Perancang akan sangat dimudahkan dalam mendesain sesuatu.

Gambar 1.3 Ilustrasi Proses Prototyping 6