KULKAS MINI MENGGUNAKAN TERMOELEKTRIK

COOLER BERBASIS MIKROKONTROLLER ARDUINO UNO

DENGAN TAMPILAN ANDROID APLIKASI IOT

LAPORAN PROJEK AKHIR 2

HEAVENLY ADELINA BR SIAGIAN

172411006

PROGRAM STUDI D3 METROLOGI DAN INSTRUMENTASI

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2020

Universitas Sumatera Utara

KULKAS MINI MENGGUNAKAN TERMOELEKTRIK

COOLER BERBASIS MIKROKONTROLLER ARDUINO UNO

DENGAN TAMPILAN ANDROID APLIKASI IOT

LAPORAN PROJEK AKHIR 2

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat memperoleh gelar Ahli

Madya

HEAVENLY ADELINA BR SIAGIAN

172411006

PROGRAM STUDI D3 METROLOGI DAN INSTRUMENTASI

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2020

Universitas Sumatera Utara

i

PERNYATAAN ORISINALITAS

KULKAS MINI MENGGUNAKAN TERMOELEKTRIK

COOLER BERBASIS MIKROKONTROLER ARDUINO UNO

DENGAN TAMPILAN ANDROID APLIKASI IOT

LAPORAN PROJEK AKHIR 2

Saya menyatakan bahwa Laporan Projek Akhir 2 ini adalah hasil karya sendiri,

kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, 04 Agustus 2020

Heavenly Adelina Br Siagian

172411006

Universitas Sumatera Utara

iii

Universitas Sumatera Utara

iv

KULKAS MINI MENGGUNAKAN TERMOELEKTIK

COOLER BERBASIS MIKROKONTROLLER ARDUINO UNO

DENGAN TAMPILAN ANDROID APLIKASI IOT

ABSTRAK

Telah dibuat alat dengan termoelektrik cooler yang dapat digunakan

sebagai sumber pendingin dari kulkas mini tersebut. Menggunakan peltier super

cooler tipe 12706. Bekerja dengan memanfaatkan efek peltier, dimana saat peltier

dialiri arus listrik terjadi penyerapan pada satu sisi dan pelepasan panas pada sisi

lainnya. Sisi dingin dimanfaatkan untuk mendinginkan ruangan pendingin yang

suhunya akan dibaca dengan sensor DS18B20. Dengan menggunakan NodeMCU

ESP 8266 yang dihubungkan ke android dapat ditampilkan suhunya dan dapat

diatur suhu yang diinginkan. Tujuannya untuk mengetahui sistem kerja dari

termoelektrik cooler dalam menghasilkan dingin dan untuk mengontrol suhu

dalam kulkas.

Kata Kunci : efek peltier, peltier 12706, sensor DS18B20, termoelektrik,

NodeMCU ESP 8266

Universitas Sumatera Utara

v

THE MINI REFRIGERATOR USING THERMOELEKTIC

COOLER BASED ON ARDUINO UNO MICROCONTROLLER

WITH ANDROID DISPLAY APLICATION IOT

ABSTRACT

A thermoelectric cooler has been created that can be used as a cooling

source from the mini fridge. Using a super cooler peltier type 12706. Works by

utilizing the peltier effect, where when the peltier is electrified there is absorption

on one side and heat release on the other side. The cold side is used to cool the

cooling room where the temperature will be read with a DS18B20 sensor. By

using NodeMCU ESP 8266 that is connected to Android, the temperature can be

displayed and can be set the desired temperature. The goal is to find out the

working system of thermoelectric cooler in producing cold and to control the

temperature in the refrigerator.

Keywords: peltier effect, peltier 12706, DS18B20 sensor, thermoelectric,

NodeMCU ESP 8266

Universitas Sumatera Utara

vi

PENGHARGAAN

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, dengan

limpah rahmat dan karunia-Nya Penulis dapat menyelesaikan penyusunan

Laporan Projek Akhir 2 ini dengan judul “Kulkas Mini Menggunakan

Termoelektrik Cooler Berbasis Mikrokontroller Arduino Uno dengan Tampilan

Android Aplikasi IoT”.

Dalam pelaksanaan Laporan Projek Akhir 2 hingga selesainya laporan ini,

Penulis banyak mendapat masukan, kritik, saran, bantuan, doa, serta motivasi dari:

1. Tuhan Yang Maha Esa yang masih memberikan kesehatan dalam

pembuatan Projek Akhir ini.

2. Bapak Dr. Kerista Sebayang, MS. selaku Dekan Fakultas Matematika

dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.

3. Ibu Dr. Diana Alemin Barus M.Sc. selaku Ketua Program Studi D3

Metrologi dan Instrumentasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan

Alam Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Junedi Ginting S.Si, M.Si. sebagai Sekretaris Program Studi D3

Metrologi dan Instrumentasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan

Alam Universitas Sumatera Utara dan sebagai dosen pembimbing saya.

5. Bapak Prof. Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc. sebagai dosen penguji saya

dalam penyelesaian Projek Akhir 2 ini.

6. Seluruh Staff Program Studi D3 Metrologi dan Instrumentasi atas

bimbingan dan pengarahannya untuk melaksanakan Projek Akhir 2.

7. Teristimewa kepada Ayahanda dan Ibunda yang tak pernah letih

mengasuh, membesarkan, memberi dukungan moral maupun material dan

selalui menyartai dengan doa.

8. Kepada Abang dan Adik Saya yang telah membuat saya lebih sabar

mengerjakan Projek Akhir ini dikarenakan tingkah laku yang membuat

saya tidak mood mengerjakan Projek Akhir ini.

9. Kepada Sahabat Saya Pichieficu yaitu Dina Lorensia Hutabarat,

Rizkia Putri Aditia Pohan, dan Syilfira Nasution yang telah banyak

Universitas Sumatera Utara

vii

membantu saya walaupun tidak mengerti akan judul Projek Akhir saya,

yang tetap memberikan saya semangat dan motivasi dalam mengerjakan

Projek Akhir ini kalian luar biasa.

10. Kepada Sahabat Saya Marta Ekklesia Hutasoit yang telah memberikan

dukungan dan ilmu yang berkaitan dengan Projek Akhir saya.

11. Kepada Hendra Christohper Sihombing yang senantiasa mendukung,

membantu, memotivasi, dan menemani saya dengan penuh kasih sayang

dalam masa perkuliahan terutama pada semester akhir saat saya

mengerjakan Projek Akhir sekaligus seseorang yang selalu ada saat saya

berada disituasi yang tidak nyaman.

12. Kepada Rekan Saya Jeremia Frans Sitohang yang telah membantu saya

disetiap masalah saya dan sebagai tempat saya mencurahkan isi hati saya.

13. Seluruh Mahasiswa/i D3 Metrologi dan Instrumentasi Atambuk 2017

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera

Utara berkat kepedulian dan kerjasamanya kita bisa melaksanakan Projek

Akhir 2.

14. Seluruh pihak yang telah mendukung saya/ penulis yang tidak dapat

disebutkan satu persatu

Pada kesempatan ini saya mengucapkan terima kasih yang sebesar-

besarnya kepada semua pihak yang telah meluangkan waktu, pikiran serta

tenaganya untuk dapat membantu saya dalam menyelesaikan Laporan Projek

Akhir 2 ini. Untuk itu saya harapkan adanya kritik dan saran dalam perbaikan

penulisan di kemudian hari.

Akhir kata, semoga Laporan Projek Akhir 2 ini dapat memberi manfaat

dan menambah wawasan ilmu pengetahuan bagi para pembacanya, sekian dan

terima kasih.

Medan, 04 Agustus 2020

Penulis

Heavenly Adelina Br Siagian

Universitas Sumatera Utara

viii

DAFTAR ISI

Halaman

PERNYATAAN ORISINALITAS .......................................................................... i

ABSTRAK ............................................................................................................. iv

ABSTRACT ............................................................................................................ v

PENGHARGAAN ................................................................................................. vi

DAFTAR ISI ........................................................................................................ viii

DAFTAR TABEL ................................................................................................. ixi

DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. x

BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang ...................................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah ................................................................................. 2

1.3 Tujuan Penulisan................................................................................... 2

1.4 Batasan Masalah ................................................................................... 2

1.5 Manfaat ................................................................................................. 2

1.6 Metode Penelitian ................................................................................. 3

1.7 Sistematika Penulisan ........................................................................... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................. 5

2.1 Termo-Electric Cooller (TEC) .............................................................. 5

2.2 Arduino Uno ......................................................................................... 6

2.2.1 Spesifikasi ......................................................................................... 8

2.2.2 Proteksi .............................................................................................. 8

2.2.3 Power Supply .................................................................................... 9

2.2.4 Memori .............................................................................................. 9

2.2.5 Input dan Output (I/O) .................................................................... 10

2.2.6 Komunikasi ..................................................................................... 11

2.3 Heatsink .............................................................................................. 11

2.4 Power Supply Adaptor ........................................................................ 12

2.5 Waterblock .......................................................................................... 12

2.6 Wi-Fi ................................................................................................... 14

2.7 ESP8266.............................................................................................. 17

Universitas Sumatera Utara

ix

2.8 Relay ................................................................................................... 19

BAB III PERANCANGAN ALAT DAN PEMBUATAN SISTEM .................... 20

3.1 Diagram Blok Rangkaian.................................................................... 20

3.2 Prinsip Kerja ....................................................................................... 20

3.3 Flowchart ............................................................................................ 21

3.4 Rangkaian LCD (Liquid Crystal Display) .......................................... 22

3.5 Rangkaian LCD, I2C dan NodeMCU ................................................. 23

3.6 Rangkaiaan Sensor DSB18B20 .......................................................... 23

3.7 Rangkaian Sensor DS18B20 dan NodeMCU ..................................... 24

3.8 Rangkaian NodeMcu dan Relay ......................................................... 25

3.9 Rangkaian Filter TEC dan Relay ........................................................ 25

3.10 Rangkaian Sistem Pendingin Ruangan ............................................... 26

3.11 Perancangan Perangkat Lunak ............................................................ 26

3.12 Rangkaian Dalam Bentuk Aries Eagle ............................................... 27

3.13 Rangkaian Keseluruhan Sistem .......................................................... 27

3.14 PCB Setelah Dicetak ........................................................................... 28

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................. 29

4.1 Uraian Secara Umum .......................................................................... 29

4.2 Hasil Pengukuran dan Pengujian Bagian-bagian Alat ........................ 29

4.2.1 Pengujian adaptor ............................................................................ 29

4.2.2 Pengujian LCD (Liquid Crystal Display) ....................................... 29

4.2.3 Pengujian Rangkaian NodeMCU .................................................... 31

4.2.4 Pengujian Sensor DS18B20 ............................................................ 34

4.3 Pengujian Keseluruhan Cooller Dalam Membuang Panas ................. 35

4.4 Pengujian ESP8266 To Wifi Content ................................................. 36

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................ 39

5.1 Kesimpulan ......................................................................................... 39

5.2 Saran ................................................................................................... 40

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 41

LAMPIRAN ........................................................... Error! Bookmark not defined.

Universitas Sumatera Utara

x

DAFTAR TABEL

Nomor

Tabel

Judul Halaman

2.1 Spesifikasi Board Mikrokontroller Arduino 8

4.1 Data Pengujian Arduino 32

4.2 Pengujian Sensor DS18B20 34

Universitas Sumatera Utara

xi

DAFTAR GAMBAR

Nomor

Gambar

Judul Halaman

2. 1 Termoelektrik Cooler 6

2. 2 Konfigurasi pin ATMega 328 Arduino Uno 7

2. 3 Heatsink 12

2. 4 Power Supply Adaptor 12

2. 5 Diagram meledak dari waterblock sederhana 13

2. 6 Waterblock 14

2. 7 Pengaplikasian IoT 17

2. 8 Relay 19

3. 1 Diagram Blok Dari Rangkaian 20

3. 2 Rangkaian LCD 22

3. 3 Rangkaian I2C 22

3. 4 Rangkaian LCD, I2C dan NodeMCU 23

3. 5 Rangkaian Sensor DSB18B20 23

3. 6 Rangkaian Sensor DS18B20 dan NodeMCU 24

3. 7 Rangkaian NodeMCU dan Relay 25

3. 8 Rangkaian Filter TEC dan Relay 25

3. 9 Rangkaian Sistem Pendingin Ruangan 26

3.10 Program arduino 1.6.6 untuk Void Setup 26

3.11 Rangkaian Dalam Bentuk Aries Eagle 27

3.12 Rangkaian Keseluruhan Sistem 27

3.13 PCB 28

4. 1 Pengujian adaptor 29

4. 2 Pengujian Tampilan LCD 31

4. 3 Pengujian Arduino 32

4. 4 Tampilan Smartphone 38

Universitas Sumatera Utara

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Minuman dingin sangat digemari orang-orang di Indonesia. Banyak orang yang

lebih memilih meminum minuman dingin dibandingkan minuman panas maupun

hangat. Kepopuleran minuman dingin di Indonesia menyebabkan kulkas menjadi

barang yang juga populer dan diminati. Kulkas yang banyak beredar di pasaran

biasanya berukuran besar dan untuk penggunaan di toko, rumah, kantor, atau suatu

ruangan sehingga tidak mudah dibawa kemana-mana. Oleh karena itu inovasi dan

kreasi dalam pembuatan kulkas mini perlu dilakukan agar kulkas mini tersebut

mudah dibawa baik segi ukuran, berat, dan daya listrik yang digunakan. Selain itu

sistem pendingin yang umum digunakan zat refrigren atau Freon/ CFC (Chlor Fuoro

Carbon) yang kurang ramah lingkungan dan juga berbiaya mahal. Untuk memenuhi

kebutuhan akan lemari pendingin (kulkas) yang murah dan ramah lingkungan maka

diperlukan adanya sebuah kulkas alternatif. Salah satu kulkas alternatif yang telah

banyak digunakan saat ini adalah menggunakan termoelektrik. Modul termoelektrik

peltier merupakan suatu komponen yang dapat mendinginkan dan tidak merusak/

ramah terhadap lingkungan.

Termoelektrik cooler adalah salah satu perkembangan teknologi dalam sistem

pendingin yang berbasis termoelektrik. Termoelektrik tersebut didasarkan dari efek

peltier yang ditemukan oleh ilmuwan Perancis yang bernama Jean Charles Athanase

Peltier pada tahun 1834. Dalam mengatasi masalah tersebut banyak peneliti

berlomba-lomba untuk mengurangi pemanasan global, salah satu solusi yang dapat

dilakukan adalah dengan membuat lemari pendingin (kulkas) tanpa Freon

mengunakan peltier cooler yang ramah lingkungan. Selain diuntungkan dengan

berkurangnya pemanasan global teknologi ini juga memiliki keunggulan tersendiri

yaitu, ukuran yang kecil dan bentuk yang pleksibel tidak sensitive pada guncangan.

Dengan memanfaatkan teknologi thermoelektrik, maka dipokuskan untuk membuat

penelitan dengan judul “Perancangan Kulkas Mini Menggunakan Termoelektrik

Cooler Berbasis Mikrokontroller Arduino Uno Dengan Tampilan Android

Aplikasi IoT”.

Universitas Sumatera Utara

2

1.2 Rumusan Masalah

Laporan projek akhir ini membahas tentang Kulkas Mini menggunakan

termoelektrik cooler berbasis Mikrokontroller Arduino Uno dengan Tampilan

Android Aplikasi IoT, yang terdiri dari Power Supply sebagai sumber energi,

termoelektrik cooler sebagai sumber pendingin pada kulkas mini tersebut yang

ramah terhadap lingkungan, Heatsink yang digunakan untuk mencegah kerusakan

data, mikrokontroller Arduino Uno sebagai pusat kendalinya beserta software

pemrograman dasar dari mikrokontroller dan Android yang akan menampilkan data.

1.3 Tujuan Penulisan

Adapun tujuan penulisan dalam projek ini adalah untuk :

1. Untuk mengetahui bagaiamana cara mengontrol suhu kulkas mini lewat

aplikasi IoT

2. Untuk mengetahui fungsi sistem pembuangan panas pada termoelektrik

cooler sehingga alat bekerja dengan baik

3. Membuat Kulkas Mini menggunakan Termoelektrik Cooler Berbasis

Mikrokontroller Arduino Uno dengan Tampilan Android Aplikasi IoT.

1.4 Batasan Masalah

Batasan masalah pada pelaksanaan proyek 2 ini adalah :

1. Mikrokontroller yang digunakan adalah Arduino Uno

2. Alat yang digunakan sebagai sumber pendingin adalah termoelektrik cooler

3. Sumber tegangan yang digunakan dari power supply 12V

4. Alat ini dibuat sebagai alat pendingin minuman dengan suhu yang dapat

diatur dengan keypad dan ditampilkan melalui Android

1.5 Manfaat

1. Alat ini digunakan untuk mempermudah pendinginan minuman portable

2. Alat ini digunakan untuk mengurangi global warming

3. Alat ini digunakan untuk mengetahui sistem kerja termoelektrik sebagai

pendingin

Universitas Sumatera Utara

3

1.6 Metode Penelitian

Dalam menyelesaikan proyek akhir ini, langkah-langkah yang dilakukan

adalah sebagai berikut :

1. Studi Literatur

Merupakan metode yang dilakukan oleh penulis dengan membaca buku,

mencari referensi-referensi dan data-data yang diperlukan untuk menunjang

penyusunan laporan ini, mengunujungi situs internet, jurnal, dan manual

handbook.

2. Perancangan Konsep

Metode perancang desain dan bentuk alat ukur yang dilakukan penulis

3. Pembuatan Alat

Pembuatan dilakukan dengan kemudahan mencari komponen-komponen

yang dibutuhkan, bahan yang digunakan serta langkah - langkah pembuatan

kulkas mini menggunakan termoelektrik cooler

1.7 Sistematika Penulisan

Untuk mempermudah penulisan tugas akhir ini, penulisan membuat suatu

sistematik penulisan yang terdiri dari :

BAB I PENDAHULUAN

Pada bab ini berisikan mengenai latar belakang, rumusan masalah,

tujuan penulisan, batasan masalah, serta sistematika penulisan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini berisi tentang teori dasar yang digunakan sebagai bahan acuan

projek akhir 2, serta komponen yang perlu diketahui untuk

mempermudah dalam memahami sistem kerja alat ini.

BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN

Pada bagian ini akan dibahas perancangan dari alat, yaitu diagram

blok dari rangkaian, skematik dari masing-masing rangkaian dan

diagram alir dari program yang akan diisikan ke Mikrokontroller.

Universitas Sumatera Utara

4

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA

Pada bab ini akan dibahas hasil analisa dari rangkaian dan sistem

kerja alat, penjelasan mengenai program-program yang digunakan

untuk mengaktifkan rangkaian, penjelasan mengenai program yang

diisikan ke Mikrokontroller.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini merupakan penutup yang meliputi tentang kesimpulan dari

pembahasan yang dilakukan dari tugas akhir ini serta saran apakah

rangkaian ini dapat dibuat lebih efisien dan dikembangkan

perakitannya pada suatu metode lain yang mempunyai sistem kerja

yang sama.

Universitas Sumatera Utara

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Termo-Electric Cooller (TEC)

Thermo Electric cooler (TEC) / Peltier adalah komponen elektronika yang

menggunakan efek Peltier untuk membuat aliran panas (heat flux) pada sambungan

(junction) antara dua jenis material yang berbeda. Komponen ini bekerja sebagai

pompa panas aktif dalam bentuk padat yang memindahkan panas dari satu sisi ke sisi

permukaan lainnya yang berseberangan, dengan konsumsi energi elektris tergantung

pada arah aliran arus listrik. Komponen ini dikenal dengan nama Peltier device,

Peltier heat pump, solid state refrigerator, atau thermoelectric cooler (TEC).

Walaupun namanya adalah "pendingin" (cooler) sesuai dengan aplikasi utamanya,

TEC dapat juga digunakan sebagai pemanas dengan cara membalik penempatan

komponen elektronika ini. Dengan demikian, TEC dapat digunakan sebagai alat

pengontrol temperatur (bisa jadi pendingin atau sebaliknya pemanas). Pendingin

termoelektrik merupakan solid state technology yang bisa menjadi alternatif

teknologi pendingin selain sistim vapor compression yang masih memanfaatkan

refrijeran. Dibandingkan dengan teknologi kompresi uap yang menggunakan

refrijeran sebagai media penyerap kalor, teknologi pendingin termoelekrik relatif

lebih ramah lingkungan, tahan lama dan bisa digunakan dalam skala besar dan kecil.

Teknologi termoelektrik telah digunakan pada beberapa bidang aplkiasi seperti,

peralatan militer, peralatan ruang angkasa, produk – produk industri yang

memanfaatkan modul termoelektrik sebagai pendingin.

Aplikasi termoelektrik telah digunakan diberbagai bidang, tidak hanya sebagai

pendingin tetapi juga sebagai pembangkit daya, sensor energi termal maupun

digunakan pada bidang militer, ruang angkasa, instrumen, biologi, medikal, dan

industri serta produk komersial lainnya. Pendingin termoelektrik (thermoelectric

cooler) adalah alat pompa kalor solid (solid-state heat pump) yang bekerja menurut

prinsip efek peltier. Dalam kerjanya, arus listrik searah (DC) mengalir dalam

pendingin termoelektrik yang menyebabkan kalor berpindah dari satu sisi pendingin

termoelektrik ke sisi lainnya, sehingga terbentuk sisi dingin dan sisi panas. Aplikasi

termoelektrik sebagai alat pendingin terdiri dari aplikasi untuk mendinginkan

Universitas Sumatera Utara

6

peralatan elektronik, air conditioner maupun lemari pendingin. Penggunaan

termoelektrik juga diaplikasikan pada tutup kepala sebagai pendingin kepala. Pada

dunia otomotif juga telah dikembangkan termoelektrik intercooler. Aplikasi

termoelektrik sebagai pembangkit daya dibagi menjadi 2 bagian sebagai pembangkit

daya rendah dan pembangkit daya tinggi. Aplikasi pembangkit daya rendah meliputi

pemanfaatan panas tubuh manusia untuk menjalankan jam tangan, sedangkan

pembangkit daya tinggi pada termoelektrik memanfaatkan panas dari sisa panas

buang yang dihasilkan dari industri maupun pemanfaatan sisa panas dari pembakaran

bahan bakar.

Gambar 2. 1 Termoelektrik Cooler

2.2 Arduino Uno

Arduino adalah sebuah kit elektronik open source yang dirancang khusus untuk

memudahkan bagi para seniman, desainer, dan siapapun yang tertarik dalam

menciptakan objek atau mengembangkan perangkat elektronik yang dapat

berinteraksi dengan bermacam-macam sensor dan pengendali. Arduino UNO

merupakan sebuah board mikrokontroler yang dikontrol penuh oleh ATmega328.

Seperti yang ditunjukan pada gambar 1 dibawah, Arduino UNO mempunyai 14 pin

digital input/output (6 di antaranya dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input

analog, sebuah osilator Kristal 16 MHz, sebuah koneksi USB, sebuah power jack,

sebuah ICSP header, dan sebuat tombol reset. Arduino UNO memuat semua yang

dibutuhkan untuk menunjang mikrokontroler, mudah menghubungkannya ke sebuah

computer dengan sebuah kabel USB atau mensuplainya dengan sebuah adaptor AC

ke DC atau menggunakan baterai untuk memulainya. Arduino Uno R3 adalah papan

pengembangan (development board) mikrokontroler yang berbasis chip

Universitas Sumatera Utara

7

ATmega328P. Disebut sebagai papan pengembangan karena board ini memang

berfungsi sebagai arena prototyping sirkuit mikrokontroler. Dengan menggunakan

papan pengembangan, anda akan lebih mudah merangkai rangkaian elektronika

mikrokontroller dibanding jika anda memulai merakit ATMega328 dari awal di

breadboard.

Arduino Uno adalah papan mikrokontroler open-source berbasis

mikrokontroler Microchip ATmega328P dan dikembangkan oleh Arduino.cc. Papan

ini dilengkapi dengan set pin input / output (I / O) digital dan analog yang dapat

dihubungkan ke berbagai papan ekspansi (pelindung) dan sirkuit lainnya. Papan ini

memiliki 14 pin I / O digital (enam mampu menghasilkan PWM ), 6 pin I / O analog,

dan dapat diprogram dengan Arduino IDE (Lingkungan Pengembangan Terpadu),

melalui kabel USB tipe B. Ia dapat ditenagai oleh kabel USB atau baterai eksternal 9

volt , meskipun menerima voltase antara 7 dan 20 volt. Ini juga mirip dengan

Arduino Nano dan Leonardo. Desain referensi perangkat keras didistribusikan di

bawah lisensi Creative Commons Attribution Share-Alike 2.5 dan tersedia di situs

web Arduino. File tata letak dan produksi untuk beberapa versi perangkat keras juga

tersedia. Kata " uno " berarti "satu" dalam bahasa Italia dan dipilih untuk menandai

rilis awal Perangkat Lunak Arduino . Papan Uno adalah yang pertama dari

serangkaian papan Arduino berbasis USB; dan versi 1.0 dari Arduino IDE adalah

versi referensi Arduino, yang sekarang telah berevolusi ke rilis yang lebih baru.

ATmega328 di papan sudah diprogram sebelumnya dengan bootloader yang

memungkinkan mengunggah kode baru ke dalamnya tanpa menggunakan

programmer perangkat keras eksternal.

Gambar 2. 2 Konfigurasi pin ATMega 328 Arduino Uno

Universitas Sumatera Utara

8

2.2.1 Spesifikasi

Adapun spesifikasi mikrokontroler Arduino R3 dapat dilihat seperti pada Tabel

2.1 dibawah ini

Tabel 2. 1 Spesifikasi Board Mikrokontroller Arduino

2.2.2 Proteksi

Development board Arduino Uno R3 telah dilengkapi dengan polyfuse yang

dapat direset untuk melindungi port USB komputer/laptop anda dari korsleting atau

arus berlebih. Meskipun kebanyakan komputer telah memiliki perlindungan port

tersebut didalamnya namun sikring pelindung pada Arduino Uno memberikan

lapisan perlindungan tambahan yang membuat anda bisa dengan tenang

menghubungkan Arduino ke komputer anda. Jika lebih dari 500mA ditarik pada port

USB tersebut, sirkuit proteksi akan secara otomatis memutuskan hubungan, dan akan

menyambung kembali ketika batasan aman telah kembali.

Board Mikrokontroller ATmega328P

Tegangan operasi 5V

Tegangan input (yang direkomendasikan, via

jack DC)

7V - 12V

Tegangan input (limit, via jack DC) 6V - 20V

Digital I/O pin 14 buah, 6 diantaranya menyediakan

PWM

Analog Input pin 6 buah

Arus DC per pin I/O 20 mA

Arus DC pin 3.3V 50 mA

Memori Flash 32 KB, 0.5 KB telah digunakan untuk

bootloader

SRAM 2 KB

EEPROM 1 KB

Clock speed 16 Mhz

Dimensi 68.6 mm x 53.4 mm

Berat 25

Universitas Sumatera Utara

9

2.2.3 Power Supply

Board Arduino Uno dapat ditenagai dengan power yang diperoleh dari koneksi

kabel USB, atau via power supply eksternal. Pilihan power yang digunakan akan

dilakukan secara otomatis. External power supply dapat diperoleh dari adaptor AC-

DC atau bahkan baterai, melalui jack DC yang tersedia, atau menghubungkan

langsung GND dan pin Vin yang ada di board. Board dapat beroperasi dengan power

dari external power supply yang memiliki tegangan antara 6V hingga 20V. Namun

ada beberapa hal yang harus anda perhatikan dalam rentang tegangan ini. Jika diberi

tegangan kurang dari 7V, pin 5V tidak akan memberikan nilai murni 5V, yang

mungkin akan membuat rangkaian bekerja dengan tidak sempurna. Jika diberi

tegangan lebih dari 12V, regulator tegangan bisa over heat yang pada akhirnya bisa

merusak pcb.

Beberapa pin power pada Arduino Uno :

1. GND. Ini adalah ground atau negatif.

2. Vin. Ini adalah pin yang digunakan jika anda ingin memberikan power

langsung ke board Arduino dengan rentang tegangan yang disarankan 7V -

12V

3. Pin 5V. Ini adalah pin output dimana pada pin tersebut mengalir tegangan 5V

yang telah melalui regulator

4. 3V3. Ini adalah pin output dimana pada pin tersebut disediakan tegangan

3.3V yang telah melalui regulator

5. IOREF. Ini adalah pin yang menyediakan referensi tegangan mikrokontroler.

Biasanya digunakan pada board shield untuk memperoleh tegangan yang

sesuai, apakah 5V atau 3.3V

2.2.4 Memori

Chip ATmega328 pada Arduino Uno R3 memiliki memori 32 KB, dengan 0.5

KB dari memori tersebut telah digunakan untuk bootloader. Jumlah SRAM 2

KB, dan EEPROM 1 KB, yang dapat di baca-tulis dengan menggunakan

EEPROM library saat melakukan pemrograman.

Universitas Sumatera Utara

10

2.2.5 Input dan Output (I/O)

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, Arduino Uno memiliki 14 buah

digital pin yang dapat digunakan sebagai input atau output, dengan menggunakan

fungsi pinMode(), digitalWrite(), dan digital(Read). Pin-pin tersebut bekerja pada

tegangan 5V, dan setiap pin dapat menyediakan atau menerima arus 20mA, dan

memiliki tahanan pull-up sekitar 20-50k ohm (secara default dalam posisi

disconnect). Nilai maximum adalah 40mA, yang sebisa mungkin dihindari untuk

menghindari kerusakan chip mikrokontroler.

Beberapa pin memiliki fungsi khusus :

1. Serial, terdiri dari 2 pin : pin 0 (RX) dan pin 1 (TX) yang digunakan

untuk menerima (RX) dan mengirim (TX) data serial.

2. External Interrups, yaitu pin 2 dan pin 3. Kedua pin tersebut dapat

digunakan untuk mengaktifkan interrups. Gunakan fungsi

attachInterrupt().

3. PWM: Pin 3, 5, 6, 9, 10, dan 11 menyediakan output PWM 8-bit dengan

menggunakan fungsi analogWrite().

4. SPI : Pin 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), dan 13 (SCK) mendukung

komunikasi SPI dengan menggunakan SPI Library.

5. LED : Pin 13. Pada pin 13 terhubung built-in led yang dikendalikan oleh

digital pin no 13.

6. TWI : Pin A4 (SDA) dan pin A5 (SCL) yang mendukung komunikasi

TWI dengan menggunakan Wire Library.

Arduino Uno memiliki 6 buah input analog, yang diberi tanda dengan A0,

A1, A2, A3, A4, A5. Masing-masing pin analog tersebut memiliki resolusi 10 bits

(jadi bisa memiliki 1024 nilai). Secara default, pin-pin tersebut diukur dari ground

ke 5V, namun bisa juga menggunakan pin AREF dengan menggunakan fungsi

analog Reference. Beberapa in lainnya pada board ini adalah :

1. AREF. Sebagai referensi tegangan untuk input analog.

2. Reset. Hubungkan ke LOW untuk melakukan reset terhadap

mikrokontroler. Sama dengan penggunaan tombol reset yang tersedia.

Universitas Sumatera Utara

11

2.2.6 Komunikasi

Arduino Uno R3 memiliki beberapa fasilitas untuk berkomunikasi dengan

komputer, berkomunikasi dengan Arduino lainnya, atau dengan mikrokontroler lain

nya. Chip Atmega328 menyediakan komunikasi serial UART TTL (5V) yang

tersedia di pin 0 (RX) dan pin 1 (TX). Chip ATmega16U2 yang terdapat pada board

berfungsi menterjemahkan bentuk komunikasi ini melalui USB dan akan tampil

sebagai Virtual Port di komputer. Firmware 16U2 menggunakan driver USB standar

sehingga tidak membutuhkan driver tambahan. Pada Arduino Software (IDE)

terdapat monitor serial yang memudahkan data textual untuk dikirim menuju

Arduino atau keluar dari Arduino. Led TX dan RX akan menyala berkedip-kedip

ketika ada data yang ditransmisikan melalui chip USB to Serial via kabel USB ke

komputer. Untuk menggunakan komunikasi serial dari digital pin, gunakan Software

Serial library Chip ATmega328 juga mendukung komunikasi I2C (TWI) dan SPI. Di

dalam Arduino Software (IDE) sudah termasuk Wire Library untuk memudahkan

anda menggunakan bus I2C. Untuk menggunakan komunikasi SPI, gunakan SPI

library.

2.3 Heatsink

Heatsink ini merupakan logam dengan design yang khusus terbuat dari

alumuniun dan juga tembaga yang berfungsi untuk memperluas proses transfer panas

dari sebuah prosesor. Komponen- komponen cpu yang biasanya dipakai untuk

menyerap panas ini biasanya terbuat dari bahan aluminium yang biasanya banyak

dipadukan dengan pemakaian fan pada heatsink untuk lebih mengoptimalkan

penyerapan panas yaitu dengan mengalirkan panas dari heatsink ke luar cpu, proses

ini akan menyebabkan meningkatnya performa kerja komputer. Heatsink ini

berfungsi untuk membantu proses pendinginan sebuah processor. Apabila Semakin

luas permukaan perpindahan panas sebuah benda maka akan semakin cepat proses

pendinginan benda tersebut. oleh karena itu heatsink ini sangatlah berguna untuk

kinerja sebuah komputer.

Universitas Sumatera Utara

12

Gambar 2. 3 Heatsink

2.4 Power Supply Adaptor

Power supply atau PSA merupakan suatu komponen komputer yang

mempunyai fungsi sebagai pemberi suatu tegangan serta arus listrik kepada

komponen - komponen komputer lainnya yang telah terpasang dengan baik pada

motherboard atau papan induk, sedang tujuan awal dari penyaluran arus listrik ini

adalah agar perangkat atau komponen-komponen komputer lainnya bisa berfungsi

sebagaimana mestinya sesuai dengan tugasnya. Arus listrik yang disalurkan oleh

power supply ini merupakan arus listrik dengan jenis AC atau arus bolak balik,

namun dengan kelebihannya PSU ini dapat mengubah arus AC tersebut menjadi arus

DC atau merupakan arus yang searah karena pada dasarnya semua komponen yang

terdapat pada perangkat komputer hanya bisa melakukan pergerakan pada satu aliran

listrik.

Gambar 2. 4 Power Supply Adaptor

2.5 Waterblock

Water Block adalah padanan pendingin air dari heatsink . Ini dapat digunakan

pada banyak komponen komputer yang berbeda, termasuk central processing unit

(CPU), GPU , PPU , dan chipset Northbridge pada motherboard. Ini terdiri dari

setidaknya dua bagian utama; "base", yaitu area yang bersentuhan dengan perangkat

yang sedang didinginkan dan biasanya dibuat dari logam dengan konduktivitas

termal yang tinggi seperti aluminium atau tembaga. Bagian kedua, "atas"

Universitas Sumatera Utara

13

memastikan air terkandung dengan aman di dalam blok air dan memiliki koneksi

yang memungkinkan selang untuk menghubungkannya dengan loop pendingin air .

Bagian atas dapat dibuat dari logam yang sama dengan alas, Perspex transparan,

Delrin , Nylon , atau HDPE. Sebagian besar blok air kelas atas yang lebih baru juga

mengandung pelat tengah yang berfungsi untuk menambahkan tabung jet, nozel, dan

perangkat pengubah aliran lainnya.

Gambar 2. 5 Diagram meledak dari waterblock sederhana

Basis, atas, dan pelat tengah disegel bersama untuk membentuk "blok"

dengan semacam jalan bagi air untuk mengalir. Ujung jalan memiliki konektor

saluran masuk / keluar untuk pipa yang menghubungkannya ke seluruh sistem

pendingin air. Desain awal termasuk spiral , pola zig-zag atau sirip seperti heatsink

untuk memungkinkan area permukaan terbesar untuk perpindahan panas dari

perangkat yang didinginkan ke air. Desain ini umumnya digunakan karena dugaan

adalah bahwa aliran maksimum diperlukan untuk kinerja tinggi. Trial and error dan

evolusi desain water block telah menunjukkan bahwa aliran perdagangan untuk

turbulensi seringkali dapat meningkatkan kinerja. Rangkaian blok air Storm adalah

contohnya. Tabung tengahnya yang terbuat dari pelat jet dan desain dasar yang

ditangkupkan membuatnya lebih membatasi aliran air daripada desain awal labirin,

tetapi turbulensi yang meningkat menghasilkan peningkatan kinerja yang besar.

Desain yang lebih baru termasuk blok gaya "pin", blok "cup jet", desain labirin lebih

lanjut, desain sirip mikro, dan variasi pada desain ini. Desain yang semakin terbatas

hanya dimungkinkan karena peningkatan tekanan head maksimum dari pompa air

yang layak secara komersial. Water block lebih baik dalam membuang panas

daripada heatsink berpendingin udara karena kapasitas panas spesifik air yang lebih

Universitas Sumatera Utara

14

tinggi dan konduktivitas termal . Air biasanya dipompa melalui radiator yang

memungkinkan kipas mendorong udara melaluinya untuk mengambil panas yang

diciptakan dari perangkat dan mengeluarkannya ke udara. Radiator lebih efisien

daripada pendingin heatsink / pendingin CPU atau GPU standar dalam

menghilangkan panas karena memiliki area permukaan yang jauh lebih besar.

Pemasangan blok air juga mirip dengan heatsink, dengan panel termal atau pelumas

termal ditempatkan di antara itu dan perangkat yang didinginkan untuk membantu

dalam konduksi panas.

Gambar 2. 6 Waterblock

2.6 Wi-Fi

Wi-Fi adalah sebuah teknologi yang memanfaatkan peralatan elektronik untuk

bertukar data secara nirkabel (menggunakan gelombang radio) melalui sebuah

jaringan komputer, termasuk koneksi Internet berkecepatan tinggi. Wi-Fi Alliance

mendefinisikan Wi-Fi sebagai "produk jaringan area lokal nirkabel WLAN) apapun

yang didasarkan pada standar Institute of Electrical and Electronics Engineers

(IEEE) 802.11".

Meski begitu, karena kebanyakan WLAN zaman sekarang

didasarkan pada standar tersebut, istilah "Wi-Fi" dipakai dalam bahasa Inggris umum

sebagai sinonim "WLAN". Sebuah alat yang dapat memakai Wi-Fi (seperti komputer

pribadi, konsol permainan video, telepon pintar, tablet, atau pemutar audio digital)

dapat terhubung dengan sumber jaringan seperti Internet melalui sebuah titik akses

jaringan nirkabel. Titik akses (atau hotspot) seperti itu mempunyai jangkauan sekitar

20 meter (65 kaki) di dalam ruangan dan lebih luas lagi di luar ruangan. Cakupan

hotspot dapat mencakup wilayah seluas kamar dengan dinding yang memblokir

gelombang radio atau beberapa mil persegi ini bisa dilakukan dengan memakai

Universitas Sumatera Utara

15

beberapa titik akses yang saling tumpang tindih. "Wi-Fi" adalah merek dagang Wi-Fi

Alliance dan nama merek untuk produk-produk yang memakai keluarga

standar IEEE 802.11. Hanya produk-produk Wi-Fi yang menyelesaikan uji coba

sertifikasi interoperabilitas Wi-Fi Alliance yang boleh memakai nama dan merek

dagang “Wi-Fi CERTIFIED”.

Sebuah alat Wi-Fi dapat terhubung ke Internet ketika berada dalam jangkauan

sebuah jaringan nirkabel yang terhubung ke Internet. Cakupan satu titik akses atau

lebih (interkoneksi) disebut hotspot dapat mencakup wilayah seluas beberapa kamar

hingga beberapa mil persegi. Cakupan di wilayah yang lebih luas membutuhkan

beberapa titik akses dengan cakupan yang saling tumpang tindih. Teknologi Wi-Fi

umum luar ruangan berhasil diterapkan dalam jaringan mesh nirkabel di London,

Britania Raya. Wi-Fi menyediakan layanan di rumah pribadi, jalanan besar dan

pertokoan, serta ruang publik melalui hotspot Wi-Fi yang dipasang gratis atau

berbayar. Organisasi dan bisnis, seperti bandara, hotel, dan restoran, biasanya

menyediakan hotspot gratis untuk menarik pengunjung. Pengguna yang antusias atau

otoritas yang ingin memberi layanan atau bahkan mempromosikan bisnis di tempat-

tempat tertentu kadang menyediakan akses Wi-Fi gratis. Router yang melibatkan

modem jalur pelanggan digital atau modem kabel dan titik akses WI-Fi, biasanya

dipasang di rumah dan bangunan lain, menyediakan akses Internet dan antar jaringan

ke semua peralatan yang terhubung dengan router secara nirkabel atau kabel. Dengan

kemunculan MiFi dan WiBro (router Wi-Fi portabel), pengguna bisa dengan mudah

membuat hotspot Wi-Fi-nya sendiri yang terhubung ke Internet melalui jaringan

seluler. Sekarang, peralatan Android, Bada, iOS (iPhone), dan Symbian mampu

menciptakan koneksi nirkabel. Wi-Fi juga menghubungkan tempat-tempat yang

biasanya tidak punya akses jaringan, seperti dapur dan rumah kebun.

Spesifikasi Wi-Fi

Wi-Fi dirancang berdasarkan spesifikasi IEEE 802.11. Sekarang ini ada empat

variasi dari 802.11, yaitu:

1. 802.11a

2. 802.11b

3. 802.11g

4. 802.11n

Universitas Sumatera Utara

16

Spesifikasi b merupakan produk pertama Wi-Fi. Variasi g dan n merupakan salah

satu produk yang memiliki penjualan terbanyak pada 2005. Di banyak bagian dunia,

frekuensi yang digunakan oleh Wi-Fi, pengguna tidak diperlukan untuk mendapatkan

izin dari pengatur lokal (misal, Komisi Komunikasi Federal di A.S.). 802.11a

menggunakan frekuensi yang lebih tinggi dan oleh sebab itu daya jangkaunya lebih

sempit, lainnya sama. Versi Wi-Fi yang paling luas dalam pasaran AS sekarang ini

(berdasarkan dalam IEEE 802.11b/g) beroperasi pada 2.400 GHz sampai

2.483,50 GHz. Dengan begitu mengijinkan operasi dalam 11 channel (masing-

masing 5 MHz), berpusat di frekuensi berikut: Channel 1 - 2, 412 GHz; Channel 2 -

2, 417 GHz; Channel 3 - 2, 422 GHz; Channel 4 - 2, 427 GHz; Channel 5 - 2,

432 GHz; Channel 6 - 2, 437 GHz; Channel 7 - 2, 442 GHz; Channel 8 - 2, 447 GHz;

Channel 9 - 2, 452 GHz; Channel 10 - 2, 457 GHz; Channel 11 - 2, 462 GHz.

Secara teknis operasional, Wi-Fi merupakan salah satu varian teknologi

komunikasi dan informasi yang bekerja pada jaringan dan perangkat WLAN

(wireless local area network). Dengan kata lain, Wi-Fi adalah sertifikasi merek

dagang yang diberikan pabrikan kepada perangkat telekomunikasi (internet) yang

bekerja di jaringan WLAN dan sudah memenuhi kualitas kapasitas interoperasi yang

dipersyaratkan. Teknologi internet berbasis Wi-Fi dibuat dan dikembangkan

sekelompok insinyur Amerika Serikat yang bekerja pada Institute of Electrical and

Electronis Engineers (IEEE) berdasarkan standar teknis perangkat bernomor

802.11b, 802.11a dan 802.16. Perangkat Wi-Fi sebenarnya tidak hanya mampu

bekerja di jaringan WLAN, tetapi juga di jaringan Wireless Metropolitan Area

Network (WMAN). Karena perangkat dengan standar teknis 802.11b di peruntukkan

bagi perangkat WLAN yang digunakan di frekuensi 2,4 GHz atau yang lazim disebut

frekuensi ISM (Industrial, Scientific dan Medical). Sedang untuk perangkat yang

berstandar teknis 802.11a dan 802.16 diperuntukkan bagi perangkat WMAN atau

juga disebut Wi-Max, yang bekerja di sekitar pita frekuensi 5 GHz. Tingginya animo

masyarakat, khususnya di kalangan komunitas Internet menggunakan teknologi Wi-

Fi dikarenakan paling tidak dua faktor. Pertama, kemudahan akses. Konsekuensinya,

pengguna yang ingin melakukan surfing atau browsing berita dan informasi di

Internet, cukup membawa PDA (pocket digital assistance) atau laptop

berkemampuan Wi-Fi ke tempat di mana terdapat access point atau hotspot.

Universitas Sumatera Utara

17

Menjamurnya hotspot di tempat-tempat tersebut yang dibangun oleh operator

telekomunikasi, penyedia jasa Internet bahkan orang perorangan dipicu factor kedua,

yakni karena biaya pembangunannya yang relatif murah atau hanya berkisar 300

dollar Amerika Serikat.

Gambar 2.6 Wi-Fi

2.7 ESP8266

Aplikasi Internet of Things (IoT) untuk pemula biasanya memakai modul WiFi

ESP8266, selain praktis dan murah, modul ESP8266 ini juga sudah cukup untuk

belajar membuat aplikasi atau proyek IoT. Di toko komponen elektronik juga sudah

banyak ditemukan, jadi kita tidak kesulitan untuk membelinya lagi.

Gambar 2. 7 Pengaplikasian IoT

ESP8266 adalah sebuah komponen chip terintegrasi yang didesain untuk

keperluan dunia masa kini yang serba tersambung. Chip ini menawarkan solusi

networking Wi-Fi yang lengkap dan menyatu, yang dapat digunakan sebagai

penyedia aplikasi atau untuk memisahkan semua fungsi networking Wi-Fi ke

pemproses aplikasi lainnya. ESP8266 memiliki kemampuan on-board prosesing dan

storage yang memungkinkan chip tersebut untuk diintegrasikan dengan sensor-sensor

Universitas Sumatera Utara

18

atau dengan aplikasi alat tertentu melalui pin input output hanya dengan

pemrograman singkat.

Dengan level yang tinggi berupa on-chip yang terintegrasi memungkinkan

external sirkuit yang ramping dan semua solusi, termasuk modul sisi depan, didesain

untuk menempati area PCB yang sempit. Perlu diperhatikan bahwa modul ESP8266

bekerja dengan tegangan maksimal 3,6V. Hubungkan Vcc modul WiFi ke pin 3.3V

pada Arduino. (Jangan yang ke 5V). Jika sudah mendapat tegangan, modul WiFi

akan menyala merah, dan sekali-kali akan berkedip warna biru.

ESP 8266 (tampak belakang) ESP 8266 (tampak depan)

Gambar 2.7 ESP8266

Ada beberapa cara untuk memprogram mikrokontroller ini, diantaranya:

1. Firmware default dengan menggunakan AT-Command.

2. Menggunakan bahasa C yang dikompilasi dengan menggunakan esp-open-

sdk toolchain

3. Lua Firmware dengan menggunakan bahasa Lua untuk Development Kit

NodeMCU.

4. Menggunakan Arduino IDE.

Gambar 2.8 Rangkaian Arduino dengan ESP8266

Universitas Sumatera Utara

19

2.8 Relay

Relay adalah sakelar yang dioperasikan secara listrik . Ini terdiri dari satu set

terminal input untuk satu atau beberapa sinyal kontrol, dan satu set terminal kontak

operasi. Switch mungkin memiliki sejumlah kontak dalam berbagai bentuk kontak,

seperti membuat kontak, memutuskan kontak, atau kombinasi keduanya. Relay

digunakan jika perlu untuk mengendalikan sirkuit dengan sinyal daya rendah

independen, atau di mana beberapa sirkuit harus dikontrol oleh satu sinyal. Relay

pertama kali digunakan dalam sirkuit telegraf jarak jauh sebagai repeater sinyal:

mereka menyegarkan sinyal yang datang dari satu sirkuit dengan

mentransmisikannya di sirkuit lain. Relay digunakan secara luas dalam pertukaran

telepon dan komputer awal untuk melakukan operasi logis.

Bentuk tradisional dari relay menggunakan elektromagnet untuk menutup atau

membuka kontak, tetapi prinsip operasi lainnya telah ditemukan, seperti pada relai

keadaan padat yang menggunakan sifat semikonduktor untuk kontrol tanpa

bergantung pada bagian yang bergerak. Relay dengan karakteristik operasi yang

dikalibrasi dan terkadang beberapa koil operasi digunakan untuk melindungi sirkuit

listrik dari kelebihan atau kesalahan; dalam sistem tenaga listrik modern fungsi-

fungsi ini dilakukan oleh instrumen digital yang masih disebut relay pelindung.

Relay pengunci hanya membutuhkan satu pulsa daya kontrol untuk mengoperasikan

sakelar secara terus-menerus. Pulsa lain diterapkan ke set kedua terminal kontrol,

atau pulsa dengan polaritas berlawanan, me-reset sakelar, sementara pulsa berulang

dari jenis yang sama tidak memiliki efek. Relay kait magnetik berguna dalam

aplikasi ketika daya terputus seharusnya tidak mempengaruhi sirkuit yang

dikendalikan oleh relay.

Gambar 2. 8 Relay

Universitas Sumatera Utara

20

BAB III

PERANCANGAN ALAT DAN PEMBUATAN SISTEM

3.1 Diagram Blok Rangkaian

Gambar 3. 1 Diagram Blok Dari Rangkaian

Fungsi setiap blok :

Power Supply : Sebagai sumber tegangan

DS18B20 : Sebagai sensor suhu

Microcontroller: Sebagai sumber data

TEC : Sebagai sumber pendingin

Pompa : Sebagai Pembuang panas

Smartphone : Sebagai Penampil Suhu yang terbaca di ruangan pendingin

Relay : Sebagai Pengendali yang diatur Oleh Mikrokontroller

3.2 Prinsip Kerja

Adapun sistem kerja diagram blok diatas adalah saat sistem dipacu dengan

tegangan DC 12 Volt yang diambil dari sumber tegangan maka peltier akan berkerja

PSA 12V

DS18B20

RUANGAN

PENDINGIN

RELAY

SMARTPHONE

IOT

MICRO

CONTR

OLLER

TEC&POMPA

5V

Universitas Sumatera Utara

21

yang artinya salah satu sisi peltier akan dingin dan sebaliknya sisi yang lain akan

menghasilkan Panas, kemudian sisi dingin akan mendinginkan ruang pendingin

sementara panas dari sisi lain akan dibuang dengan memanfaatkan kipas sebagai

pembuang panas. Sensor suhu akan mengukur temperature pada ruang pendingin dan

hasilnya akan dikirim ke mikrokontroller. Selanjutnya mikrokontroller mengubah ke

data digital dan diteruskan ke smartphone melalui aplikasi IOT untuk ditampilkan..

Mikrokontroller juga akan mengontrol kipas yang berkerja pada pembuangan panas

melalui driver. Kipas yang digunakan pada ruang pendingin homogen juga dikontrol

oleh mikrokontroller melalui driver.

3.3 Flowchart

SELESAI

SISTEM OFF SISTEM

ON

NodeMCU

ESP 8266

SUHU RUANG PENDINGIN

SMARTPHONE

EKSEKUSI ALAT &

PERANGKAT

YA TIDAK

TERJADI

KERUSAKAN ALAT

SUHU > SUHU

RUANG

PENDINGIN

SUHU < -5OC SUHU ANTARA -

5OC – SUHU

RUANG

PENDINGIN

START

PEMBACAAN

PIN MICRO

Universitas Sumatera Utara

22

3.4 Rangkaian LCD (Liquid Crystal Display)

Pengoperasian LCD dengan Arduino. Setelah sensor pin sudah mendeteksi

gelombang infrared, variable resistor akan mengirimkan data ke Arduino melalui

pin-pin kemudian Arduino menerima data yang terbaca dan ditampilkan oleh LCD.

Berikut adalah skematik rangkaian LCD.

Gambar 3. 2 Rangkaian LCD

Keterangan dari rangkaian diatas:

1. SIM1 adalah nodeMCU Arduino yang berfungsi sebagai pusat sistim bekerja.

2. J2 adalah soket penghubung ke LCD.

3. J3 adalah soket penghubung ke LCD.

4. J4 adalah soket penghubung ke GND Resistor Variabel.

5. J5 adalah soket penghubung ke Resistor Variabel.

6. J6 adalah soket penghubung ke VCC Resistor Variabel.

Pengujian I2C ditujukan untuk menguji apakah berfungsi dengan baik atau tidak

dengan skema.

Gambar 3. 3 Rangkaian I2C

Universitas Sumatera Utara

23

3.5 Rangkaian LCD, I2C dan NodeMCU

Gambar 3. 4 Rangkaian LCD, I2C dan NodeMCU

Keterangan dari rangkaian diatas :

1. Pin SDA dihubungkan ke pin D8

2. Pin SCL dihubungkan ke pin D7

3. GND dihubungkan ke GND

4. VCC dihubungkan ke VU atau dihubungkan ke supply eksternal

3.6 Rangkaiaan Sensor DSB18B20

DS18B20 adalah sensor suhu yang memiliki tingakat keakurasian yang harus

dikalibrasi dengan pengaman pin pada gambar.

Gambar 3. 5 Rangkaian Sensor DSB18B20

Keterangan dari rangkaian di atas:

1. Kaki 1 = VCC (3-5.5 Vdc)

2. Kaki 3 (s) = Data (to digital Pin UController)

3. Kaki 4 = GND (0V)

Dipasaran atau dapat ditemui di toko online elektronika yang dijual yaitu dalam

bentuk breakout board.

Universitas Sumatera Utara

24

Dikarenakan praktis dalam penggunaannya yaitu langsung dihubungkan dengan

power supply dan output 1 pin ke mikrokontroler tanpa harus repot untuk

memberikan resistor pull-up.

Kegunaan dari resistor yaitu sebagai ‘pullup’ dari jalur data, dan dapat membantu

memastikan proses transfer data tetap berjalan stabil dan baik.

Fitur dari sensor suhu ini

1. Interface menggunakan 1-wire sebagai komunikasi data

2. Terdapat pengenal unik 64 bit pada setiap sensor

3. Dapat mengukur suhu dari range -55°C sampai +125 °C

4. Keakurasian sensor yaitu +/-0.5 °C pada suhu -10 °C sampai +85 °C

5. Resolusi sensor yaitu 9 – 12 bit\

6. Dapat mengkonversi data suhu 12-bit (digital word) hanya membutuhkan waktu

750 ms.

7. Mempunyai konfigurasi alarm yang dapat disetting

8. Pengaplikasianya yaitu pada sistem industri, termometer, atau sistem apapun

yang memerlukan pembacaan suhu

3.7 Rangkaian Sensor DS18B20 dan NodeMCU

Gambar 3. 6 Rangkaian Sensor DS18B20 dan NodeMCU

Keterangan dari rangkaian diatas:

1. Kaki 1 DS18B20 adalah soket penghubung ke GND resistor variable

2. Kaki 2 DS18B20 adalah soket penghubung ke D4

3. Kaki 3 DS18B20 adalah soket penghubung ke VCC resistor variabel

Universitas Sumatera Utara

25

3.8 Rangkaian NodeMcu dan Relay

Gambar 3. 7 Rangkaian NodeMCU dan Relay

Keterangan dari rangkaian di atas:

1. J1.1 adalah soket penghubung GND resistor variable

2. J1.2 adalah soket penghubung NodeMCU

3. J1.3 adalah soket penghubung Vcc resistor variable

3.9 Rangkaian Filter TEC dan Relay

Gambar 3. 8 Rangkaian Filter TEC dan Relay

Keterangan dari rangkaian diatas:

1. Termoelectric Cooler dihubungkan ke relay dengan tegangan 12v sampai

dengan 5A

2. J1.1 adalah soket penghubung GND resistor variable

3. J1.2 adalah soket penghubung rangkaian

4. J1.3 adalah soket penghubung Vcc resistor variabel

Universitas Sumatera Utara

26

3.10 Rangkaian Sistem Pendingin Ruangan

Gambar 3. 9 Rangkaian Sistem Pendingin Ruangan

Keterangan dari rangkain di atas:

1. Termoelctric Cooler dihubungkan ke relay dengan tegangan 12v sampai

dengan 5A

2. J1.1 adalah soket penghubung GND resistor variable

3. J1.2 adalah soket penghubung NodeMCU

4. J1.3 adalah soket penghubung Vcc resistor variabel

3.11 Perancangan Perangkat Lunak

Perancangan perangkat lunak pada program mikrokontroler Arduino ini

menggunakan perangkat lunak software arduino IDE yang berbasis bahasa C++ yang

telah di permudah melalui library. Arduino menggunakan Software Processing yang

digunakan untuk menulis program kedalam arduino. Untuk memasukkan program

kedalam sebuah mikrokontroler arduino, dibutuhkan Driver USB, IDE Arduino 1.6.6

dan Ardunio Uno Board agar program yang dibuat dapat berjalan di dalam

mikrokontroler. Dengan membuat program sebagai berikut.

Gambar 3. 10 Program arduino 1.6.6 untuk Void Setup

Universitas Sumatera Utara

27

3.12 Rangkaian Dalam Bentuk Aries Eagle

Gambar 3. 11 Rangkaian Dalam Bentuk Aries Eagle

3.13 Rangkaian Keseluruhan Sistem

Gambar 3. 12 Rangkaian Keseluruhan Sistem

Keterangan dari rangkaian diatas:

1. SIM1 adalah nodeMCU Arduino yang berfungsi sebagai pusat sistim bekerja.

2. J2 adalah soket penghubung ke LCD.

3. J3 adalah soket penghubung ke LCD.

4. J4 adalah soket penghubung ke GND Resistor Variabel.

5. J5 adalah soket penghubung ke Resistor Variabel.

Universitas Sumatera Utara

28

6. J6 adalah soket penghubung ke VCC Resistor Variabel.

7. Pin SDA dihubungkan ke pin D8

8. Pin SCL dihubungkan ke pin D7

9. GND dihubungkan ke GND

10. VCC dihubungkan ke VU atau dihubungkan ke supply eksternal

11. Kaki 1 = VCC (3-5.5 Vdc)

12. Kaki 3 (s) = Data (to digital Pin UController)

13. Kaki 4 = GND (0V)

14. Kaki 1 DS18B20 adalah soket penghubung ke GND resistor variable

15. Kaki 2 DS18B20 adalah soket penghubung ke D4

16. Kaki 3 DS18B20 adalah soket penghubung ke VCC resistor variable

17. J1.1 adalah soket penghubung GND resistor variable

18. J1.2 adalah soket penghubung NodeMCU

19. J1.3 adalah soket penghubung Vcc resistor variable

20. Termoelectric Cooler dihubungkan ke relay dengan tegangan 12v sampai

dengan 5A

21. J1.1 adalah soket penghubung GND resistor variable

22. J1.2 adalah soket penghubung rangkaian

23. J1.3 adalah soket penghubung Vcc resistor variable

24. Termoelctric Cooler dihubungkan ke relay dengan tegangan 12v sampai

dengan 5A

25. J1.1 adalah soket penghubung GND resistor variable

26. J1.2 adalah soket penghubung NodeMCU

27. J1.3 adalah soket penghubung Vcc resistor variabel

3.14 PCB Setelah Dicetak

Gambar 3. 13 PCB

Universitas Sumatera Utara

29

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Uraian Secara Umum

Kulkas Mini menggunakan termoelektrik cooler. Alat ini akan mengeluarkan

tampilan di Android dengan tampilan suhu dari kulkas mini tesebut

4.2 Hasil Pengukuran dan Pengujian Bagian-bagian Alat

Pengukuran merupakan suatu proses dimana alat yang dibuat bekerja dengan

baik dan sesuai dengan teori yang ada. Ada beberapa pengujian alat yang dilakukan,

yaitu: pengujian tengangan, LCD, DB18S20, dan pegukuran secara keseluruhan.

4.2.1 Pengujian adaptor

Pengujian Baterai ini bertujuan untuk mengetahui tegangan yang dikeluarkan

oleh rangkaian tersebut, dengan mengukur tegangan keluaran dari power supply

menggunakan multimeter digital. Setelah dilakukan pengukuran maka diperoleh

besarnya tegangan keluaran sebesar 5 volt. Dengan begitu dapat dipastikan apakah

terjadi kesalahan terhadap rangkaian atau tidak jika diukur. Jika pada saat diukur

dengan multimeter besar keluaran baterai tidak mencapai 5V maka hal ini disebut

wajar karena baterai sudah pernah dipakai sebelumnya.

Gambar 4. 1 Pengujian adaptor

4.2.2 Pengujian LCD (Liquid Crystal Display)

Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui apakah LCD bekerja atau tidak

sehingga dapat menampilkan karakter sesuai dengan yang diharapkan. Pengujian

Universitas Sumatera Utara

30

dilakukan dengan memprogram karakter atau tulisan yang ingin ditampilkan dan

kemudian dicocokan dengan tampilan yang ada pada layar LCD tersebut.

Display karakter pada LCD diatur oleh pin EN, RS dan RW: Jalur EN

dinamakan Enable. Jalur ini digunakan untuk memberitahu LCD bahwa anda sedang

mengirimkan sebuah data. Untuk mengirimkan data ke LCD, maka melalui program

EN harus dibuat logika low “0” dan set ( high ) pada dua jalur kontrol yang lain RS

dan RW. Jalur RW adalah jalur control Read/ Write. Ketika RW berlogika low (0),

maka informasi pada bus data akan dituliskan pada layar LCD. Ketika RW berlogika

high ”1”,maka program akan melakukan pembacaan memori dari LCD. Sedangkan

pada aplikasi umum pin RW selalu diberi logika low (0) Berdasarkan keterangan di

atas maka kita sudah dapat membuat progam untuk menampilkan karaker pada

display LCD. Adapun program yang diisikan ke mikrokontroller untuk menampilkan

karakter pada display LCD adalah sebagai berikut:

#include <Wire.h>

#include <LiquidCrystal_I2C.h>

// Set the LCD address to 0x27 for a 16 chars and 2 line display

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);

void setup()

{

// initialize the LCD

lcd.begin();

// Turn on the blacklight and print a message.

lcd.backlight();

lcd.print("Heavenly Siagian");

lcd.setCursor(0,0);

lcd.print("TUGAS AKHIR 1");

delay(2000);

lcd.clear();

lcd.setCursor(0,0);

Universitas Sumatera Utara

31

lcd.print("heavenly siagian");

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print("172411006");

delay(2000);

lcd.clear();

lcd.setCursor(0,0);

lcd.print("kulkas mini");

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print("

lcd.clear();

}

void loop()

{

// Do nothing here...

}

Dengan tampilan LCD Sebagai berikut

Gambar 4. 2 Pengujian Tampilan LCD

4.2.3 Pengujian Rangkaian NodeMCU

Pengujian pada rangkaian Arduino ini dapat dilakukan dengan menghubungkan

rangkaian ini dengan multimeter sebagai pendeteksi sumber tegangan. Pada

pengujian ini metode yang dipakai ialah dengan menguji melalui pin digital yang ada

Universitas Sumatera Utara

32

ada rangkaian arduino uno dengan menggunakan multimeter sebagai pendeteksi

tegangan yang dihasilkan. Pada program uji arduino dimasukkan perintah “HIGH”

dan “LOW” yang artinya menghidupkan dan mematikan pin yang diberi perintah

“HIGH” dan “LOW” dan menghasilkan tegangan 5 volt pada multimeter. Pada Pin

digital tegangan yang terdapat ialah sebesar 5 volt, maka dari itu pada saat pin digital

diuji oleh multimeter maka hasil yang terdapat di multimeter haruslah sebesar 5 volt.

Jika yang dihasilkan 5 volt maka Arduino Uno tersebut dapat digunakan dan

berfungsi dengan baik. Berikut data yang diperoleh dari hasil pengujian:

Tabel 4. 1 Data Pengujian Arduino

Pin Digital Perintah Tegangan

0 HIGH 0,507

1 LOW 007,1

2 HIGH 0,504

3 LOW 004,9

Berikut hasil pengujian yang dilakukan :

Gambar 4. 3 Pengujian Arduino

Berikut Programnya:

*/

// the setup function runs once when you press reset or

power the board void setup() {

// initialize digital pin LED_BUILTIN

as an output. pinMode(0, OUTPUT);

Universitas Sumatera Utara

33

pinMode(1

,

OUTPUT)

;

pinMode(2

,

OUTPUT)

;

pinMode(3

,

OUTPUT);

}

// the loop function runs over and over

again forever void loop() {

digitalWrite(0

,

HIGH)

;

digitalWrite(1

,

LOW)

;

digitalWrite(2

,

HIGH)

;

digitalWrite(3

,

LOW)

;

Universitas Sumatera Utara

34

// turn the LED on (HIGH is the voltage level)

// wait for a second

}

4.2.4 Pengujian Sensor DS18B20

Pengujian ini dilakukan dengan metode menggunakan alat kalibrasi analog

termometer dimana tujuan percobaan ini dilakukan untuk mengetahui keakurasian

sensor DS18B20 dalam membaca suhu dengan konfigurasi pin:

NO Pin Arduini uno DB18S20

1 VCC VCC

2 GND Gnd

3 A1 Out Data

Tabel 4. 2 Pengujian Sensor DS18B20

No DB18S20 Kalibrasi

1 30.12 30

2 44,89 45

3 50,21 50

4 67,32 67

#include <OneWire.h>

#include <DallasTemperature.h>

#define ONE_WIRE_BUS 2

OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);

DallasTemperature sensors(&oneWire);

/*

* The setup function. We only start the sensors here

*/

void setup(void)

{

Serial.begin(9600);

Serial.println("Dallas Temperature IC Control Library Demo");

sensors.begin();

Universitas Sumatera Utara

35

}

/*

* Main function, get and show the temperature

*/

void loop(void)

{

Serial.print("Requesting temperatures...");

sensors.requestTemperatures(); // Send the command to get temperatures

Serial.println("DONE");

only.

Serial.print("Temperature for the device 1 (index 0) is: ");

Serial.println(sensors.getTempCByIndex(0)); }

4.3 Pengujian Keseluruhan Cooller Dalam Membuang Panas

Dalam penggunaan TEC memiliki bagian yang harus di kuasai yaitu sistem

pembuangan panas, ketika TEC dialiri listrik 12 V 5A memiliki perbedaan yang

sangat panas sampai 5oC sampai sisi lain mencapai suhu 200

oC, hal ini yang dapat

Universitas Sumatera Utara

36

menyebabkan kerusakan jika alat panas tidak di buang dengan baik, oleh karena itu

alat digunakan menggunakan water blok jadi panas dibuang memalui hetaer dan

aliran air sehingga panas tidak merusak sistem alat.

4.4 Pengujian ESP8266 To Wifi Content

Pengujian dilakukan untuk mengetahui apakah ESP8266 Bottom berfungsi

dengan baik.

Universitas Sumatera Utara

37

charauth[] = "BzPbbh6GPvbtNEoKU22nLJzCdOHo0V4f";

// Your WiFi credentials.

// Set password to "" for open networks.

charssid[] = "S T A K";

char pass[] = "Berkat681568";

void setup()

{

// Debug console

Serial.begin(9600);

sensors.begin();

lcd.begin(16, 2);

pinMode(D4, OUTPUT);

Blynk.begin(auth, ssid, pass);

}

}

Universitas Sumatera Utara

38

Gambar 4. 4 Tampilan Smartphone

Universitas Sumatera Utara

39

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

1. IoT bekerja dengan memanfaatkan suatu argumentasi pemrograman,

dimana tiap-tiap perintah argument tersebut bisa menghasilkan suatu

interaksi antar mesin yang telah terhubung secara otomatis tanpa campur

tangan manusia dan tanpa terbatas jarak berapapun jauhnya. Jadi, Internet

disini menajdi penghubung antara kedua interaksi mesin tersebut. Manusia

dalam IoT tugasnya hanyalah menjadi pengatur dan pengawas dari mesin-

mesin yang bekerja secara langsung tersebut. Untuk mengontrol suhu pada

kulkas mini menggunakan aplikasi Iot yang berada di dalam smartphone/

android kita, kita menggunakan sensor suhu dan ESP8266 yang dimana

terlebih dahulu harus menghubungkan dengan sumber internet atau wifi

yang sama yang terdapat pada alat maupun smartphone kita dengan begitu

kita bisa mengontrol suhu yang kita inginkan dimana pun kita berada

dengan menggunakan aplikasi Iot dengan catatan harus tetap terhubung

dengan internet agar suhu bisa dikontrol.

2. Thermo Electric cooler (TEC) / Peltier Komponen ini bekerja sebagai

pompa panas aktif dalam bentuk padat yang memindahkan panas dari satu

sisi ke sisi permukaan lainnya yang berseberangan, dengan konsumsi

energi elektris tergantung pada arah aliran arus listrik. Komponen ini

dikenal dengan nama Peltier device, Peltier heat pump, solid state

refrigerator, atau thermoelectric cooler (TEC). Fungsi Sistem Pembuangan

Panas nya yaitu agar dingin yang dihasilkan pada kulkas mini tersebut

semakin bagus. Jika pembuangan panasnya semakin bagus maka suhu

dingin yang dihasilkan semakin meningkat dan pada sisi panas peltier,

sebaiknya digunakan heatsink yang dapat menyerap semua panas yang

dihasilkan oleh peltier, sehingga panas tidak menyebar kesisi dingin.

3. Terlampir

Universitas Sumatera Utara

40

5.2 Saran

1. Untuk mendapatkan hasil pengukuran suhu yang maksimal diharapkan

untuk menghindari kebocoran dinding sehingga udara dari luar tidak dapat

masuk keruang pendingin

2. Sebaiknya alat dapat di implementasikan ke ukuran yang lebih besar agar

dapat di manfaatkan oleh masyarakat yang memerlukan

3. Sebaiknya dalam pengujian alat kita lebih memperhatikan mekanisme

kerja alat agar tidak terjadi kerusakan pada alat.

Universitas Sumatera Utara

41

DAFTAR PUSTAKA

Susanto,Indra.2018.”Microcontroller Menguasai Arduino”.Yogyakarta:Teknosain

Halaman : 87-89

Sutaya,I Wayan.2014.”Sistem Mikroprosesor”.Yogyakarta:Graha Ilmu

Halaman : 107-109

Syahwil,Muhammad.2013.”Mikrokontroler Arduino”.Yogyakarta:ANDI

Halaman : 57-60

https://www.nyebarilmu.com/tutorial-arduino-mengakses-sensor-suhu/

Tanggal diakses : 09 Januari 2020 Pukul 21.25 WIB

https://www.garudacitizen.com/apa-itu-iot-internet-of-things/

Tanggal diakses : 06 Juli 2020 Pukul 13.15 WIB

https://www.ia.omron.com

Tanggal diakses : 09 Agustus 2020 Pukul 19.25 WIB

https://www.alldatasheet.com

Tanggal diakses : 09 Agustus 2020 Pukul 20.10 WIB

https://www.cdiweb.com

Tanggal diakses : 09 Agustus 2020 Pukul 20.20 WIB

https://www.handsontec.com

Tanggal diakses : 10 Agustus 2020 Pukul 11.15 WIB

Universitas Sumatera Utara

42

LAMPIRAN

Universitas Sumatera Utara

43

Thermoelectric

Cooler

TEC1-12706

Performance Specifications

Hot Side Temperature (º C) 25ºC 50ºC

Qmax (Watts) 50 57

Delta Tmax (º C) 66 75

Imax (Amps) 6.4 6.4

Vmax (Volts) 14.4 16.4

Module Resistance (Ohms) 1.98 2.30

Performance curves on page 2

Copyright HB Corporation. HB reserves the right to change these specifications without

notice. Rev 2.03

Universitas Sumatera Utara

44

TEC1-12706

Copyright HB Corporation. HB reserves the right to change these specifications without

notice. Rev 2.03

Universitas Sumatera Utara

45

TEC1-12706

Ceramic Material: Alumina (Al2O3)

Solder Construction: 138ºC, Bismuth Tin (BiSn)

Size table:

A B C

40 40 3.8

Operating Tips

Max. Operating Temperature:

138oC

Do not exceed Imax or Vmax

when operating module.

Life expectancy: 200,000

hours

Please consult HB for moisture

protection options (seeling).

Failure rate based on long time

testings: 0.2%.

Copyright HB Corporation. HB reserves the right to change these specifications without

notice. Rev 2.03

Universitas Sumatera Utara

46

Arduino Uno

Arduino Uno R3 Front Arduino Uno R3 Back

Arduino Uno R2 Front Arduino Uno SMD Arduino Uno Front Arduino Uno Back

Overview

The Arduino Uno is a microcontroller board based on the ATmega328 (datasheet). It has 14

digital input/output pins (of which 6 can be used as PWM outputs), 6 analog inputs, a 16

MHz ceramic resonator, a USB connection, a power jack, an ICSP header, and a reset

button. It contains everything needed to support the microcontroller; simply connect it to a

computer with a USB cable or power it with a AC-to-DC adapter or battery to get started.

The Uno differs from all preceding boards in that it does not use the FTDI USB-to-serial

driver chip. Instead, it features the Atmega16U2 (Atmega8U2 up to version R2)

programmed as a USB-to-serial converter.

Revision 2 of the Uno board has a resistor pulling the 8U2 HWB line to ground, making it

easier to put into DFU mode.

Revision 3 of the board has the following new features:

• 1.0 pinout: added SDA and SCL pins that are near to the AREF pin and two other

new pins placed near to the RESET pin, the IOREF that allow the shields to adapt to

the voltage provided from the board. In future, shields will be compatible both with

the board that use the AVR, which operate with 5V and with the Arduino Due that

operate with 3.3V. The second one is a not connected pin, that is reserved for

future purposes.

• Stronger RESET circuit.

• Atmega 16U2 replace the 8U2.

"Uno" means one in Italian and is named to mark the upcoming release of Arduino 1.0. The

Uno and version 1.0 will be the reference versions of Arduino, moving forward. The Uno is

Universitas Sumatera Utara

47

the latest in a series of USB Arduino boards, and the reference model for the Arduino

platform; for a comparison with previous versions, see the index of Arduino boards.

Summary

Microcontroller ATmega328

Operating Voltage 5V

Input Voltage (recommended) 7-12V

Input Voltage (limits) 6-20V

Digital I/O Pins 14 (of which 6 provide PWM output)

Analog Input Pins 6

DC Current per I/O Pin 40 mA

DC Current for 3.3V Pin 50 mA

Flash Memory 32 KB (ATmega328) of which 0.5 KB used by bootloader

SRAM 2 KB (ATmega328)

EEPROM 1 KB (ATmega328)

Clock Speed 16 MHz

Schematic & Reference Design

EAGLE files: arduino-uno-Rev3-reference-design.zip (NOTE: works with Eagle 6.0 and newer) Schematic: arduino-uno-Rev3-schematic.pdf

Note: The Arduino reference design can use an Atmega8, 168, or 328, Current models use

an

ATmega328, but an Atmega8 is shown in the schematic for reference. The pin configuration

is identical on all three processors.

Power

The Arduino Uno can be powered via the USB connection or with an external power supply.

The power source is selected automatically.

External (non-USB) power can come either from an AC-to-DC adapter (wall-wart) or battery.

The adapter can be connected by plugging a 2.1mm center-positive plug into the board's

power jack. Leads from a battery can be inserted in the Gnd and Vin pin headers of the

POWER connector.

The board can operate on an external supply of 6 to 20 volts. If supplied with less than 7V,

however, the 5V pin may supply less than five volts and the board may be unstable. If using

more than 12V, the voltage regulator may overheat and damage the board. The

recommended range is 7 to 12 volts. The power pins are as follows:

• VIN. The input voltage to the Arduino board when it's using an external power

source (as opposed to 5 volts from the USB connection or other regulated power

source). You can supply voltage through this pin, or, if supplying voltage via the

power jack, access it through this pin.

• 5V.This pin outputs a regulated 5V from the regulator on the board. The board can

be supplied with power either from the DC power jack (7 - 12V), the USB connector

Universitas Sumatera Utara

48

(5V), or the VIN pin of the board (7-12V). Supplying voltage via the 5V or 3.3V pins

bypasses the regulator, and can damage your board. We don't advise it.

• 3V3. A 3.3 volt supply generated by the on-board regulator. Maximum current

draw is 50 mA.

• GND. Ground pins.

Memory

The ATmega328 has 32 KB (with 0.5 KB used for the bootloader). It also has 2 KB of SRAM

and 1 KB of EEPROM (which can be read and written with the EEPROM library).

Input and Output

Each of the 14 digital pins on the Uno can be used as an input or output, using pinMode(),

digitalWrite(), and digitalRead() functions. They operate at 5 volts. Each pin can provide or

receive a maximum of 40 mA and has an internal pull-up resistor (disconnected by default)

of 20-50 kOhms. In addition, some pins have specialized functions:

• Serial: 0 (RX) and 1 (TX). Used to receive (RX) and transmit (TX) TTL serial

data. These pins are connected to the corresponding pins of the ATmega8U2 USB-

to-TTL Serial chip.

• External Interrupts: 2 and 3. These pins can be configured to trigger an

interrupt on a low value, a rising or falling edge, or a change in value. See the

attachInterrupt() function for details.

• PWM: 3, 5, 6, 9, 10, and 11. Provide 8-bit PWM output with the

analogWrite() function.

• SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). These pins support SPI

communication using the SPI library.

• LED: 13. There is a built-in LED connected to digital pin 13. When the pin is HIGH

value, the LED is on, when the pin is LOW, it's off.

The Uno has 6 analog inputs, labeled A0 through A5, each of which provide 10 bits of

resolution (i.e. 1024 different values). By default they measure from ground to 5 volts,

though is it possible to change the upper end of their range using the AREF pin and the

analogReference() function. Additionally, some pins have specialized functionality:

• TWI: A4 or SDA pin and A5 or SCL pin. Support TWI communication using

the Wire library.

There are a couple of other pins on the board:

• AREF. Reference voltage for the analog inputs. Used with analogReference().

• Reset. Bring this line LOW to reset the microcontroller. Typically used to add a

reset button to shields which block the one on the board.

See also the mapping between Arduino pins and ATmega328 ports. The mapping for the

Atmega8, 168, and 328 is identical.

Universitas Sumatera Utara

49

Communication

The Arduino Uno has a number of facilities for communicating with a computer, another

Arduino, or other microcontrollers. The ATmega328 provides UART TTL (5V) serial

communication, which is available on digital pins 0 (RX) and 1 (TX). An ATmega16U2 on the

board channels this serial communication over USB and appears as a virtual com port to

software on the computer. The '16U2 firmware uses the standard USB COM drivers, and no

external driver is needed. However, on Windows, a .inf file is required. The Arduino

software includes a serial monitor which allows simple textual data to be sent to and from

the Arduino board. The RX and TX LEDs on the board will flash when data is being

transmitted via the USB-to-serial chip and USB connection to the computer (but not for

serial communication on pins 0 and 1).

A SoftwareSerial library allows for serial communication on any of the Uno's digital pins.

The ATmega328 also supports I2C (TWI) and SPI communication. The Arduino software

includes a Wire library to simplify use of the I2C bus; see the documentation for details. For

SPI communication, use the SPI library.

Programming

The Arduino Uno can be programmed with the Arduino software (download). Select

"Arduino Uno from the Tools > Board menu (according to the microcontroller on your

board). For details, see the reference and tutorials.

The ATmega328 on the Arduino Uno comes preburned with a bootloader that allows you to

upload new code to it without the use of an external hardware programmer. It

communicates using the original STK500 protocol (reference, C header files).

You can also bypass the bootloader and program the microcontroller through the ICSP (In-

Circuit Serial Programming) header; see these instructions for details.

The ATmega16U2 (or 8U2 in the rev1 and rev2 boards) firmware source code is available .

The ATmega16U2/8U2 is loaded with a DFU bootloader, which can be activated by:

• On Rev1 boards: connecting the solder jumper on the back of the board (near the

map of Italy) and then resetting the 8U2.

• On Rev2 or later boards: there is a resistor that pulling the 8U2/16U2 HWB line to

ground, making it easier to put into DFU mode.

You can then use Atmel's FLIP software (Windows) or the DFU programmer (Mac OS X and

Linux) to load a new firmware. Or you can use the ISP header with an external programmer

(overwriting the DFU bootloader). See this user-contributed tutorial for more information.

Automatic (Software) Reset

Rather than requiring a physical press of the reset button before an upload, the Arduino

Uno is designed in a way that allows it to be reset by software running on a connected

computer. One of the hardware flow control lines (DTR) of the ATmega8U2/16U2 is

connected to the reset line of the ATmega328 via a 100 nanofarad capacitor. When this line

Universitas Sumatera Utara

50

is asserted (taken low), the reset line drops long enough to reset the chip. The Arduino

software uses this capability to allow you to upload code by simply pressing the upload

button in the Arduino environment. This means that the bootloader can have a shorter

timeout, as the lowering of DTR can be well-coordinated with the start of the upload. This

setup has other implications. When the Uno is connected to either a computer running Mac

OS X or Linux, it resets each time a connection is made to it from software (via USB). For the

following halfsecond or so, the bootloader is running on the Uno. While it is programmed to

ignore malformed data (i.e. anything besides an upload of new code), it will intercept the

first few bytes of data sent to the board after a connection is opened. If a sketch running on

the board receives one-time configuration or other data when it first starts, make sure that

the software with which it communicates waits a second after opening the connection and

before sending this data.

The Uno contains a trace that can be cut to disable the auto-reset. The pads on either side

of the trace can be soldered together to re-enable it. It's labeled "RESET-EN". You may also

be able to disable the auto-reset by connecting a 110 ohm resistor from 5V to the reset

line; see this forum thread for details.

USB Overcurrent Protection

The Arduino Uno has a resettable polyfuse that protects your computer's USB ports from

shorts and overcurrent. Although most computers provide their own internal protection,

the fuse provides an extra layer of protection. If more than 500 mA is applied to the USB

port, the fuse will automatically break the connection until the short or overload is

removed.

Physical Characteristics

The maximum length and width of the Uno PCB are 2.7 and 2.1 inches respectively, with the

USB connector and power jack extending beyond the former dimension. Four screw holes

allow the board to be attached to a surface or case. Note that the distance between digital

pins 7 and 8 is 160 mil (0.16"), not an even multiple of the 100 mil spacing of the other pins.

Universitas Sumatera Utara

51

DS18B20

DESCRIPTION

The DS18B20 digital thermometer provides 9-bit to 12-bit Celsius temperature

measurements and has an alarm function with nonvolatile userprogrammable upper and

lower trigger points. The DS18B20 communicates over a 1-Wire bus that by definition

requires only one data line (and ground) for communication with a central microprocessor.

It has an operating temperature range of -55°C to +125°C and is accurate to ±0.5°C over

the range of -10°C to +85°C. In addition, the DS18B20 can derive power directly from the

data line (“parasite power”), eliminating the need for an external power supply.

Each DS18B20 has a unique 64-bit serial code, which allows multiple DS18B20s to function

on the same 1-Wire bus. Thus, it is simple to use one microprocessor to control many

DS18B20s distributed over a large area. Applications that can benefit from this feature

include HVAC environmental controls, temperature monitoring systems inside buildings,

equipment, or machinery, and process monitoring and control systems.

FEATURES

Unique 1-Wire® Interface Requires Only One Port Pin for Communication

Each Device has a Unique 64-Bit Serial Code Stored in an On-Board ROM

Multidrop Capability Simplifies Distributed Temperature-Sensing Applications

Requires No External Components

Can Be Powered from Data Line; Power Supply Range is 3.0V to 5.5V

Measures Temperatures from -55°C to +125°C

(-67°F to +257°F)

±0.5°C Accuracy from -10°C to +85°C

Thermometer Resolution is User Selectable from 9 to 12 Bits

Converts Temperature to 12-Bit Digital Word in 750ms (Max)

Programmable Resolution 1-Wire Digital

Thermometer

User-Definable Nonvolatile (NV) Alarm Settings

Alarm Search Command Identifies and

Addresses Devices Whose Temperature is

Outside Programmed Limits (Temperature

Alarm Condition)

Available in 8-Pin SO (150 mils), 8-Pin µSOP, and 3-Pin TO-92 Packages

Software Compatible with the DS1822

Applications Include Thermostatic Controls, Industrial Systems, Consumer Products,

Thermometers, or Any Thermally Sensitive System

Universitas Sumatera Utara

52

PIN CONFIGURATIONS

1-Wire is a registered trademark of Maxim Integrated Products, Inc.

TO - 92 ( DS18B20)

1

BOTTOM VIEW ( )

2 3

MAXIM 18 B 20

1

GN

D DQ

V

DD

2 3

SO mils ) (150 DS18B20Z) (

N . C .

N . C .

N . C .

N . C .

GND DQ

V DD

N . C .

6

8

7

5

3

1

2

4

MA

XIM

18

20 B

N . C .

V DD

N . C .

N.C.

N . C . GND

N . C .

DQ

6

8 7

5

3

1 2

4

20

18 B

µ SOP ( DS18B20U)

Universitas Sumatera Utara

53

ORDERING INFORMATION

PART TEMP RANGE PIN-PACKAGE TOP MARK

DS18B20 -55°C to +125°C 3 TO-92 18B20

DS18B20+ -55°C to +125°C 3 TO-92 18B20

DS18B20/T&R -55°C to +125°C 3 TO-92 (2000 Piece) 18B20

DS18B20+T&R -55°C to +125°C 3 TO-92 (2000 Piece) 18B20

DS18B20-SL/T&R -55°C to +125°C 3 TO-92 (2000 Piece)* 18B20

DS18B20-SL+T&R -55°C to +125°C 3 TO-92 (2000 Piece)* 18B20

DS18B20U -55°C to +125°C 8 µSOP 18B20

DS18B20U+ -55°C to +125°C 8 µSOP 18B20

DS18B20U/T&R -55°C to +125°C 8 µSOP (3000 Piece) 18B20

DS18B20U+T&R -55°C to +125°C 8 µSOP (3000 Piece) 18B20

DS18B20Z -55°C to +125°C 8 SO DS18B20

DS18B20Z+ -55°C to +125°C 8 SO DS18B20

DS18B20Z/T&R -55°C to +125°C 8 SO (2500 Piece) DS18B20

DS18B20Z+T&R -55°C to +125°C 8 SO (2500 Piece) DS18B20 +Denotes a lead-free package. A “+” will appear on the top mark of

lead-free packages. T&R = Tape and reel. *TO-92 packages in tape and reel can be ordered with straight or formed leads. Choose “SL” for straight leads. Bulk TO-

92 orders are straight leads only.

PIN DESCRIPTION

PIN NAME FUNCTION

SO µSOP TO-92

1, 2, 6,

7, 8

2, 3, 5,

6, 7 — N.C. No Connection

3 8 3 VDD Optional VDD. VDD must be grounded for operation in

parasite power mode.

4 1 2 DQ

Data Input/Output. Open-drain 1-Wire interface pin.

Also provides power to the device when used in parasite

power mode (see the Powering the DS18B20 section.)

5 4 1 GND Ground

OVERVIEW

Figure 1 shows a block diagram of the DS18B20, and pin descriptions are given in the Pin

Description table. The 64-bit ROM stores the device’s unique serial code. The scratchpad

memory contains the 2-byte temperature register that stores the digital output from the

temperature sensor. In addition, the scratchpad provides access to the 1-byte upper and lower

Universitas Sumatera Utara

54

V PU

4.7 k

POWER- SUPPLY SENSE

64 - BIT ROM AND

1- Wire PORT

DQ

V DD

INTERNAL V DD

C PP

PARASITE POWER CIRCUIT

MEMORY CONTROL

LOGIC

SCRATCHPAD

8 - BIT CRC GENERATOR

TEMPERATURE SENSOR

ALARM HIGH TRIGGER (T H ) REGISTER (EEPROM)

ALARM LOW TRIGGER (T L )

REGISTER (EEPROM) CONFIGURATION REGISTER

( EEPROM )

GND

DS18B20

alarm trigger registers (TH and TL) and the 1-byte configuration register. The configuration

register allows the user to set the resolution of the temperatureto-digital conversion to 9, 10,

11, or 12 bits. The TH, TL, and configuration registers are nonvolatile (EEPROM), so they will

retain data when the device is powered down.

The DS18B20 uses Maxim’s exclusive 1-Wire bus protocol that implements bus communication

using one control signal. The control line requires a weak pullup resistor since all devices are

linked to the bus via a 3-state or open-drain port (the DQ pin in the case of the DS18B20). In

this bus system, the microprocessor (the master device) identifies and addresses devices on the

bus using each device’s unique 64-bit code. Because each device has a unique code, the

number of devices that can be addressed on one bus is virtually unlimited. The 1-Wire bus

protocol, including detailed explanations of the commands and “time slots,” is covered in the

1-Wire Bus System section.

Figure 1. DS18B20 Block Diagram

Another feature of the DS18B20 is the ability to operate without an external power supply.

Power is instead supplied through the 1-Wire pullup resistor via the DQ pin when the bus is

high. The high bus signal also charges an internal capacitor (CPP), which then supplies power to

the device when the bus is low. This method of deriving power from the 1-Wire bus is referred

to as “parasite power.” As an alternative, the DS18B20 may also be powered by an external

supply on VDD.

OPERATION—MEASURING TEMPERATURE

The core functionality of the DS18B20 is its direct-to-digital temperature sensor. The resolution

of the temperature sensor is user-configurable to 9, 10, 11, or 12 bits, corresponding to

increments of 0.5°C, 0.25°C, 0.125°C, and 0.0625°C, respectively. The default resolution at

power-up is 12-bit. The DS18B20 powers up in a low-power idle state. To initiate a temperature

Universitas Sumatera Utara

55

measurement and A-to-D conversion, the master must issue a Convert T [44h] command.

Following the conversion, the resulting thermal data is stored in the 2-byte temperature

register in the scratchpad memory and the DS18B20 returns to its idle state. If the DS18B20 is

powered by an external supply, the master can issue “read time slots” (see the 1-Wire Bus

System section) after the Convert T command and the DS18B20 will respond by transmitting 0

while the temperature conversion is in progress and 1 when the conversion is done. If the

DS18B20 is powered with parasite power, this notification technique cannot be used since the

bus must be pulled high by a strong pullup during the entire temperature conversion. The bus

requirements for parasite power are explained in detail in the Powering the DS18B20 section.

The DS18B20 output temperature data is calibrated in degrees Celsius; for Fahrenheit

applications, a lookup table or conversion routine must be used. The temperature data is

stored as a 16-bit sign-extended two’s complement number in the temperature register (see

Figure 2). The sign bits (S) indicate if the temperature is positive or negative: for positive

numbers S = 0 and for negative numbers S = 1. If the DS18B20 is configured for 12-bit

resolution, all bits in the temperature register will contain valid data. For 11-bit resolution, bit 0

is undefined. For 10-bit resolution, bits 1 and 0 are undefined, and for 9-bit resolution bits 2, 1,

and 0 are undefined. Table 1 gives examples of digital output data and the corresponding

temperature reading for 12-bit resolution conversions.

Figure 2. Temperature Register Format

BIT 7 BIT 6 BIT 5 BIT 4 BIT 3 BIT 2

BIT 1 BIT 0 LS BYTE

MS BYTE

S = SIGN

23 2

2 2

1 2

0 2-1 2-2 2-3 2-4

BIT 15 BIT 14 BIT 13 BIT 12 BIT 11 BIT 10 BIT 9 BIT 8

S S S S S 26 2

5 2

4

Table 1. Temperature/Data Relationship

TEMPERATURE (°C) DIGITAL OUTPUT

(BINARY) DIGITAL OUTPUT

(HEX)

+125 0000 0111 1101 0000 07D0h

+85* 0000 0101 0101 0000 0550h

+25.0625 0000 0001 1001 0001 0191h

+10.125 0000 0000 1010 0010 00A2h

+0.5 0000 0000 0000 1000 0008h

Universitas Sumatera Utara

56

0 0000 0000 0000 0000 0000h

-0.5 1111 1111 1111 1000 FFF8h

-10.125 1111 1111 0101 1110 FF5Eh

-25.0625 1111 1110 0110 1111 FE6Fh

-55 1111 1100 1001 0000 FC90h

*The power-on reset value of the temperature register is +85°C.

OPERATION—ALARM SIGNALING

After the DS18B20 performs a temperature conversion, the temperature value is compared to

the userdefined two’s complement alarm trigger values stored in the 1-byte TH and TL registers

(see Figure 3). The sign bit (S) indicates if the value is positive or negative: for positive numbers

S = 0 and for negative numbers S = 1. The TH and TL registers are nonvolatile (EEPROM) so they

will retain

data when the device is powered down. TH and TL can be accessed through bytes 2 and 3 of the

scratchpad as explained in the Memory section.

Figure 3. TH and TL Register Format

BIT 7 BIT 6 BIT 5 BIT 4 BIT 3 BIT 2 BIT 1

BIT 0

S 26 2

5 2

4 2

3 2

2 2

1 2

0

Only bits 11 through 4 of the temperature register are used in the TH and TL comparison since

TH and TL are 8-bit registers. If the measured temperature is lower than or equal to TL or higher

than or equal to TH, an alarm condition exists and an alarm flag is set inside the DS18B20. This

flag is updated after every temperature measurement; therefore, if the alarm condition goes

away, the flag will be turned off after the next temperature conversion.

The master device can check the alarm flag status of all DS18B20s on the bus by issuing an

Alarm Search [ECh] command. Any DS18B20s with a set alarm flag will respond to the

command, so the master can determine exactly which DS18B20s have experienced an alarm

condition. If an alarm condition exists and the TH or TL settings have changed, another

temperature conversion should be done to validate the alarm condition.

POWERING THE DS18B20

The DS18B20 can be powered by an external supply on the VDD pin, or it can operate in

“parasite power” mode, which allows the DS18B20 to function without a local external supply.

Universitas Sumatera Utara

57

Parasite power is very useful for applications that require remote temperature sensing or that

are very space constrained. Figure 1 shows the DS18B20’s parasite-power control circuitry,

which “steals” power from the 1-Wire bus via the DQ pin when the bus is high. The stolen

charge powers the DS18B20 while the bus is high, and some of the charge is stored on the

parasite power capacitor (CPP) to provide power when the bus is low. When the DS18B20 is

used in parasite power mode, the VDD pin must be connected to ground.

In parasite power mode, the 1-Wire bus and CPP can provide sufficient current to the DS18B20

for most operations as long as the specified timing and voltage requirements are met (see the

DC Electrical Characteristics and AC Electrical Characteristics). However, when the DS18B20

is performing temperature conversions or copying data from the scratchpad memory to

EEPROM, the operating current can be as high as 1.5mA. This current can cause an

unacceptable voltage drop across the weak 1-Wire pullup resistor and is more current than can

be supplied by CPP. To assure that the DS18B20 has sufficient supply current, it is necessary to

provide a strong pullup on the 1-Wire bus whenever temperature conversions are taking place

or data is being copied from the scratchpad to EEPROM. This can be accomplished by using a

MOSFET to pull the bus directly to the rail as shown in Figure 4. The 1-Wire bus must be

switched to the strong pullup within 10µs (max)

after a Convert T [44h] or Copy Scratchpad [48h] command is issued, and the bus must be held

high by the pullup for the duration of the conversion

(tCONV) or data transfer (tWR = 10ms). No other activity can take place on the 1-Wire bus while

the pullup is enabled.

The DS18B20 can also be powered by the conventional method of connecting an external

power supply to the VDD pin, as shown in Figure 5. The advantage of this method is that the

MOSFET pullup is not required, and the 1-Wire bus is free to carry other traffic during the

temperature conversion time.

The use of parasite power is not recommended for temperatures above +100°C since the

DS18B20 may not be able to sustain communications due to the higher leakage currents that

can exist at these temperatures. For applications in which such temperatures are likely, it is

strongly recommended that the DS18B20 be powered by an external power supply.

In some situations the bus master may not know whether the DS18B20s on the bus are parasite

powered or powered by external supplies. The master needs this information to determine if

the strong bus pullup should be used during temperature conversions. To get this information,

the master can issue a Skip ROM [CCh] command followed by a Read Power Supply [B4h]

command followed by a “read time slot”. During the read time slot, parasite powered

DS18B20s will pull the bus low, and externally powered DS18B20s will let the bus remain high.

Universitas Sumatera Utara

58

Universitas Sumatera Utara

59

Universitas Sumatera Utara

60

Universitas Sumatera Utara

61

Universitas Sumatera Utara

62

Universitas Sumatera Utara

63

Universitas Sumatera Utara

64

Universitas Sumatera Utara

65

Universitas Sumatera Utara

66

Universitas Sumatera Utara

67

Universitas Sumatera Utara

68

Universitas Sumatera Utara