MODUL 4 uP & uC : PROJECT

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan Komponen

3. Landasan Teori

4. Flowchart System

5. Listing Program

6. Rangkaian Simulasi

7. Video Penjelasan

8. Download file

Cleaning and Cooler System for Photovoltaic

1. Tujuan [kembali]

Tujuan dari rancangan yang dilakukan ialah sebagai berikut:

1.     Merancang sistem monitoring panel surya berbasis mikrokontroler yang mampu membaca data dari sensor debu, suhu, kelembaban, arus, dan intensitas cahaya secara real-time.

2.     Mengembangkan sistem pembersihan otomatis yang aktif ketika deteksi debu melebihi ambang batas tertentu menggunakan pompa air dan motor DC.

3.     Mengimplementasikan sistem pendinginan aktif berbasis suhu, yang akan menyemprotkan air secara otomatis jika suhu panel melebihi 50°C.

4.     Menerapkan komunikasi antar dua mikrokontroler Raspberry Pi Pico untuk membagi fungsi kontrol dan pemantauan, sehingga sistem lebih modular dan mudah dikembangkan.

5.     Mengoptimalkan efisiensi kerja panel surya melalui pendekatan monitoring dan pemeliharaan otomatis berbasis Internet of Things (IoT).

2. Alat dan Komponen [kembali]

• raspberry pi pico

                                                                                    (a)                                                (b)

Gambar Mikrokontroler Rasberry Pi Pico (a) tampilan hardware, (b) tampilan simulasi

Raspberry Pi Pico adalah papan mikrokontroler berbasis RP2040, sebuah chip yang dikembangkan oleh Raspberry Pi Foundation. Mikrokontroler ini menggunakan prosesor ARM Cortex-M0+ dual-core, memiliki 264KB RAM, dan mendukung berbagai antarmuka seperti GPIO, I2C, SPI, dan UART. Raspberry Pi Pico cocok untuk proyek embedded systems, IoT, dan otomasi.

• DHT22 Sensor 
  

Sensor DHT22 (juga dikenal sebagai AM2302) adalah sensor digital yang mampu mengukur suhu dan kelembapan dengan tingkat akurasi yang tinggi. Sensor ini sering digunakan dalam berbagai aplikasi monitoring lingkungan, seperti pada sistem rumah pintar, proyek IoT, serta pengawasan suhu dan kelembapan pada ruang tertutup. Kelebihan sensor DHT22 dibandingkan DHT11 adalah jangkauan pengukuran suhu dan kelembapan yang lebih luas serta akurasi yang lebih baik, meskipun dengan harga yang sedikit lebih tinggi.

• ACS712 Sensor

 Sensor ACS712 adalah sensor arus berbasis efek Hall yang dapat digunakan untuk mengukur aruslistrik AC maupun DC secara akurat. Sensor ini bekerja dengan membaca medan magnet yang dihasilkan oleh aliran arus listrik dan mengubahnya menjadi sinyal tegangan analog. Sensor ini sering digunakan dalam proyek monitoring arus beban motor, sistem tenaga, serta aplikasi proteksi sirkuit.

• LDR Sensor 
   

  Light Dependent Resistor (LDR) adalah jenis Resistor yang nilai hambatan atau nilai resistansinya tergantung pada intensitas cahaya yang diterimanya. Nilai Hambatan LDR akan menurun pada saat cahaya terang dan nilai Hambatannya akan menjadi tinggi jika dalam kondisi gelap. Fungsi LDR (Light Dependent Resistor) adalah untuk menghantarkan arus listrik jika menerima sejumlah intensitas cahaya (Kondisi Terang) dan menghambat arus listrik dalam kondisi gelap.

  Naik turunnya nilai Hambatan akan sebanding dengan jumlah cahaya yang diterimanya. Pada umumnya, Nilai Hambatan LDR akan mencapai 200 Kilo Ohm (kΩ) pada kondisi gelap dan menurun menjadi 500 Ohm (Ω) pada Kondisi Cahaya Terang.

  LDR (Light Dependent Resistor) yang merupakan Komponen Elektronika peka cahaya ini sering digunakan atau diaplikasikan dalam Rangkaian Elektronika sebagai sensor pada Lampu Penerang Jalan, Lampu Kamar Tidur, Rangkaian Anti Maling, Shutter Kamera, Alarm dan lain sebagainya.

  
  

• pompa air 5 v

Pompa Air DC 5V merupakan pompa yang ringkas dan efisien yang dirancang untuk digunakan dengan catu daya arus searah (DC) 5V . Pompa ini umumnya digunakan dalam aplikasi yang memerlukan pergerakan atau sirkulasi air skala kecil, seperti di akuarium, air mancur mini, atau sistem pendingin.

• selang air

Selang air pada pompa air berfungsi sebagai saluran untuk mengalirkan air dari sumber air ke tempat yang dituju, seperti keran, instalasi irigasi, atau bak penampungan. Selang juga berperan penting dalam menjaga aliran air yang lancar dan konsisten, serta melindungi pompa dari tekanan air yang berlebihan atau gesekan dengan benda keras.

• breadboard

Breadboard Arduino merupakan papan yang digunakan untuk membuat prototype rangkaian elektronik. Ada beberapa orang yang menyebutnya project board bahkan protoboard (prototype board). Pada arah vertikal masing-masing lubang saling berhubungan, namun tidak untuk arah horizontal. Breadboard berfungsi sebagai konduktor listrik sekaligus tempat melekatkan kabel jumper atau header pin male agar arus listrik dari komponen satu ke komponen lainnya bisa saling terdistribusi dengan baik sesuai keinginan tanpa harus merepotkan pengguna untuk melakukan penyolderan atau melakukan bongkar pasang.

• baterai

Baterai atau elemen kering adalah salah satu alat listrik yang berfungsi sebagai penyimpan energi listrik dan mengeluarkan tegangan dalam bentuk listrik (sebagai sumber tegangan). Pada umumnya baterai terdiri dari tiga komponen yang penting yaitu :

1. Batang karbon (C) sebagai anode (kutub positif baterai).
2. Seng (Zn) sebagai katode (kutub negatif baterai)
3. Amonium dioksida (NH4CI) sebagai larutan elektrolit (penghantar)

• jumper

merupakan kabel elektrik yang mempunyai pin konektor di setiap ujungnya dan memungkinkan untuk menghubungkan dua komponen yang melibatkan Arduino tanpa memerlukan solder. Intinya, kegunaan kabel jumper ini digunakan sebagai konduktor listrik untuk menyambungkan rangkaian listrik. 

 

Kabel jumper biasanya digunakan pada breadboard atau alat prototyping lainnya supaya lebih mudah untuk mengutak-atik rangkaian. Konektor yang terdapat pada  ujung kabel terdiri dari konektor jantan (male connector) dan konektor betina (female connector). Konektor female berfungsi untuk menusuk dan konektor male berfungsi untuk ditusuk.

• LCD 16x2 I2C

LCD, atau Liquid Crystal Display, adalah teknologi layar yang menggunakan kristal cair untuk menampilkan gambar. Kristal cair ini akan berubah orientasinya ketika diberi tegangan listrik, sehingga memungkinkan cahaya untuk melewatinya dan membentuk gambar. LCD digunakan dalam berbagai perangkat elektronik seperti televisi, kalkulator, dan layar komputer.

3. Landasan Teori [kembali]

1.     Mikrokontroler

Mikrokontroler merupakan suatu Integrated Circuit (IC) yang berisi Central Processing Unit (CPU), Read Only Memory (ROM), Random Access Memory (RAM), dan Input/Output. Mikrokontroler melakukan proses berfikir berdasarkan program yang telah diinput.

Raspberry Pi Pico adalah mikrokontroler yang dikembangkan oleh Raspberry Pi Foundation dan dirilis pada tahun 2021. Pico menggunakan chip RP2040, yaitu mikrokontroler 32-bit berbasis ARM Cortex-M0+ dual-core dengan kecepatan clock hingga 133 MHz. Chip ini dirancang untuk efisiensi tinggi dan fleksibilitas penggunaan pada berbagai aplikasi tertanam.

 

Gambar 1. Konfigurasi Pin Raspberry Pi Pico

 

Gambar di atas dijelaskan sebagai berikut :

a)     Jumlah dan Jenis Pin

Raspberry Pi Pico memiliki 40 pin fisik, dengan 26 pin GPIO multifungsi, serta sisanya dialokasikan untuk power, ground, dan fungsi khusus.

b)    Fungsi Utama Pin GPIO

Setiap pin GPIO dapat dikonfigurasi untuk berbagai fungsi, antara lain:

a)     Digital Input/Output (I/O)

b)    Analog Input (ADC) pada GPIO26, GPIO27, dan GPIO28

c)     PWM (Pulse Width Modulation)

d)    Komunikasi Serial: UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter), I2C (Inter-Integrated Circuit), SPI (Serial Peripheral Interface).

c)     Konfigurasi Pin-Komunikasi Berdasarkan Gambar

UART

1.     UART0: TX: GPIO0, RX: GPIO1

2.     UART1: TX: GPIO8, GPIO4, RX: GPIO9, GPIO5

UART ini digunakan untuk komunikasi serial antar-Pico atau ke modul lain.

 

I2C

1.     I2C0:

•       SDA: GPIO0, GPIO4

•       SCL: GPIO1, GPIO5

2.     I2C1:

•       SDA: GPIO2, GPIO6, GPIO14, GPIO18, GPIO26

•       SCL: GPIO3, GPIO7, GPIO15, GPIO19, GPIO27

I2C cocok untuk komunikasi sensor-sensor seperti DHT22 atau modul OLED.

 

SPI

1.     SPI0:

   •           TX: GPIO3, GPIO7

   •           RX: GPIO0, GPIO4

   •           SCK: GPIO2, GPIO6

   •           CSn: GPIO1, GPIO5

2.     SPI1:

   •           TX: GPIO11

   •           RX: GPIO12

   •           SCK: GPIO10

   •           CSn: GPIO9

SPI umumnya digunakan untuk komunikasi cepat dengan modul seperti SD Card.

 

ADC (Analog to Digital Converter)

   •           ADC0: GPIO26

   •           ADC1: GPIO27

   •           ADC2: GPIO28

Pin ini sangat penting untuk membaca sinyal analog seperti dari sensor debu (dengan tegangan analog) atau sensor arus ACS712.

 

4. Power dan Ground

•       VBUS (Pin 40): Tegangan input dari USB (sekitar 5V)

•       3V3 (OUT): Output tegangan 3.3V, digunakan untuk memberi daya ke sensor eksternal

•       VSYS: Tegangan sistem (biasanya 5V dari USB atau sumber lainnya)

 

SPESIFIKASI
Raspberry
Microcontroller	Pi Pico RP2040
Operating Voltage	3.3V
InputVoltage (recommended)	5V
Input Voltage (limit)	1.8-5.5V
Digital I/O Pins	26 (semua bisa digunakan sebagai digital i/o)

PWM Digital I/O Pins	16 channels (8 independent PWM slices)
Analog Input Pins	3 (ADC 12-bit)
DC Current per I/O Pin	Max 15 mA
DC Current for 3.3V Pin	max 300 mA total (dari regulator onboard)
Flash Memory	2 MB (QSPI Flash)
SRAM	264 KB (on-chip)
Clock Speed	133 MHz (default, up to 133 MHz)
LED_BUILTIN	GPIO 25
Length	51 mm
Width	21 mm
Weight	±3 gram

Table 1. Spesifikasi Rasberry Pi Pico

Raspberry Pi Pico dapat diaktifkan melalui koneksi micro USB atau melalui catu daya eksternal melalui pin VSYS. Daya eksternal (non-USB) dapat berasal dari adaptor AC-ke-DC atau dari baterai. Daya tersebut dapat disambungkan ke pin VSYS dan GND pada header pin Pico. Kisaran tegangan input yang disarankan untuk Pico adalah 1.8V hingga 5.5V, namun sumber tegangan umum yang digunakan adalah 5V dari USB. Memberikan tegangan lebih dari batas ini dapat merusak regulator internal atau komponen lainnya.

Jenis Jenis Pin daya adalah sebagai berikut:

1.     VSYS. Tegangan masukan utama ke board Raspberry Pi Pico, dapat berasal dari USB atau sumber eksternal (seperti baterai atau adaptor DC).

2.     VBUS. Pin ini menyediakan tegangan 5V langsung dari koneksi USB saat board terhubung ke komputer atau adaptor USB.

3.     3V3 (OUT). Pasokan daya 3.3V yang dihasilkan oleh regulator internal dan digunakan untuk mikrokontroler serta perangkat eksternal. Total arus maksimal sekitar 300 mA.

4.     GND. Pin ground (tanah) yang digunakan sebagai referensi tegangan.

Input dan Output Raspberry Pi Pico memiliki 26 pin GPIO (General Purpose Input Output) multifungsi yang dapat dikonfigurasi sebagai input atau output menggunakan fungsi-fungsi dari pustaka seperti MicroPython atau C SDK. Pin-pin ini beroperasi dengan tegangan logika 3.3V. Setiap pin dapat memberikan atau menerima arus maksimal sekitar 15 mA, dan total arus output dari semua pin tidak boleh melebihi batas regulator internal.

Beberapa pin juga memiliki fungsi khusus:

1.     UART (Serial): Terdapat dua UART (default di GPIO0 dan GPIO1) yang dapat digunakan untuk komunikasi serial TTL. UART dapat digunakan untuk komunikasi dengan sensor, komputer, atau modul komunikasi seperti Bluetooth.

2.     Interrupt Eksternal: Hampir semua GPIO mendukung interrupt yang dapat dikonfigurasi untuk memicu berdasarkan perubahan logika tinggi atau rendah, mirip dengan fungsi attachInterrupt() pada Arduino.

3.     PWM: Raspberry Pi Pico memiliki 16 channel PWM, dengan 8 PWM slice yang dapat dipetakan ke berbagai GPIO. Fungsi ini mendukung output PWM untuk kontrol kecepatan motor, kecerahan LED, dsb.

4.     SPI: Pico memiliki dua antarmuka SPI yang dapat dikonfigurasi melalui berbagai kombinasi GPIO. SPI digunakan untuk komunikasi dengan perangkat seperti sensor, layar, dan memori eksternal.

5.     I2C: Terdapat dua antarmuka I2C, yang bisa digunakan pada hampir semua GPIO (karena fungsi pin fleksibel). I2C sangat berguna untuk menghubungkan berbagai sensor dan modul dengan alamat yang unik.

6.     LED: GPIO 25. Raspberry Pi Pico memiliki satu LED bawaan yang terhubung ke GPIO 25. LED akan menyala jika pin ini diberi nilai logika HIGH dan mati jika diberi logika LOW.

Raspberry Pi Pico memiliki 3 pin input analog: ADC0 (GPIO26), ADC1 (GPIO27), dan ADC2 (GPIO28). Ketiganya terhubung ke ADC 12-bit, yang memberikan resolusi hingga 4096 nilai berbeda. Selain itu, terdapat pin ADC4 internal yang digunakan untuk pembacaan suhu internal chip.

2.     PWM

PWM merupakan sebuah mekanisma untuk membangkitkan sinyal keluaran yang periodenya berulang antara high dan low, dimana kita dapat mengontrol durasi sinyal sesuai dengan yang kita inginkan. Duty cycle merupakan presentase periode sinyal high dan low. Presentase duty cycle bebanding lurus dengan tegangan rata- rata yang dihasilkan.

 

2.1  Prinsip dasar PWM

Modulasi lebar pulsa (PWM) dicapai dengan bantuan gelombang kotak yang mana duty cycle gelombang dapat diubah ubah untuk mendapatkan keluaran bervariasi yang merupakan nilai rata- rata dari gelombang tersebut.

Gambar 2. Bentuk Gelombang Kotak

 

 

 

 

PWM bekerja sebagai switching power suplai untuk mengontrol on dan off. Tegangan dc dikonversi menjadi sinyal kotak bolak balik, saat on mendekati tegangan puncak dan saat off mrnjadi nol (0) volt. Jika frekuensi switching cukup tinggi maka teemperatur air yang dikendalikan akan semakin sesuai dengan yang diharapkan. Dengan mengatur duty cycle dari sinyal (modulasi lebar pulsa dari sinyal disebabkan oleh PWM). Terlihat pada gambar di bawah sinyal ref adalah sinyal tegangan dc yang dikonversi oleh sinyal gergaji dan menghasilkan sinyal kotak

Gambar 3. Sinyal Referensi

 

Informasi analog dapat dikirimkan dengan menggunakan pulsa tegangan atau pulsa arus. Dengan modulasi pulsa, pembawa informasi terdiri dari pulsa persegi yang berulang. Salah satu teknik modulasi yang sering digunakan adalah teknik modulasi durasi atur lebar dari waktu tunda positif ataupun waktu tunda negatif pulsa persegi tersebut. Untuk membangkitkan sinyal PWM adalah dengan menggunakan fungsi timer/counter yang dibandingkan nilainya dengan sebuah register tertentu.

 

3.     ADC

Sistem mikrokontroler hanya dapat mengolah data dalam bentuk bine. Oleh sebab itu setiap data analog yang akan diproses oleh mikrokontroler harus diubah kedalam bentuk kode biner dimana Pengubahan data analog kedalam bentuk biner ditangani oleh piranti ADC. Tegangan masukan ADC didapatkan dari tranducer. Tranducer adalah pengubah besaran kontinu, dalam hal ini adalah tegangan DC 12 Volt. Tegangan listrik yang dihasilkan oleh tranducer yang berubah secara kontinu pada suatu kisaran tertentu disebut tegangan analog, dan tegangan analog ini diubah oleh ADC menjadi bentuk digital yang sebanding dengan tegangan analognya.

Ada 4 karakteristik yang perlu diperhatikan dalam pemilihan komponen ADC, antara lain :

1)    Resolusi

Merupakan spesifikasi terpenting untuk ADC, yaitu jumlah langkah dari sinyal skala penuh yang dapat dibagi dan juga ukuran dari langkah langkah, dinyatakan dalam jumlah bit yang ada dalam satu kata (digital words), ukuran langkah terkecil sebagai persen dari skala penuh atau dapat juga langkah terkecil dalam miliVolt (untuk skala penuh yang dihasilkan).

2)    Akurasi

Adalah jumlah dari semua kesalahan, misalnya kesalahan non linieritas, skala penuh, skala nol, dan lain-lain. Dapat juga menyatakan perbedaan antara tegangan masukan analog secara teoritis yang dibutuhkan untuk menghasilkan suatu kode biner tertentu terhadap tegangan masukan nyata yang menghasilkan tegangan kode biner tersebut.

3)    Waktu Konversi

Adalah waktu yang dibutuhkan untuk mengubah setiap sampel ke bentuk digital, atau yang diperlukan untuk menyelesaikan suatu konversi.

4)    Fungsi Transfer Ideal ADC

 

Fungsi transfer ideal untuk konverter analog-ke-digital (ADC, analog-to-digital converter) berbentuk garis lurus. Bentuk ideal garis lurus hanya dapat dicapai dengan konverter data beresolusi tak-hingga. Karena tidak mungkin mendapatkan resolusi tak hingga, maka secara praktis fungsi tranfer ideal tersebut berbentuk gelombang tangga seragam seperti terlihat pada Gambar 1.5 Semakin tinggi resolusi ADC, semakin halus gelombang tangga tersebut. ADC ideal secara unik dapat merepresentasikan seluruh rentang masukan analog tertentu dengan sejumlah kode keluaran digital. Pada gambar 1 ditunjukkan bahwa setiap kode digital merepresentasikan sebagian dari rentang masukan analog total. Oleh karena skala analog bersifat kontinyu sedangkan kode digital bersifat diskrit, maka ada proses kuantisasi yang menimbulkan kekeliruan (galat). Apabila jumlah kode diskritnya (yang mewakili rentang masukan analog) ditambah, maka lebar undak (step width) akan semakin kecil dan fungsi transfer akan mendekati garis lurus ideal. Lebar satu

undak (step) didefinisikan sebagai 1 LSB (least significant bit) dan unit ini digunakan sebagai unit rujukan untuk besaran-besaran lain dalam spesifikasi peranti konversi data. Unit 1 LSB itu juga digunakan untuk mengukur resolusi konverter karena ia juga menggambarkan jumlah bagian atau unit dalam rentang analog penuh.

 

Resolusi ADC selalu dinyatakan sebagai jumlah bit-bit dalam kode keluaran digitalnya. Misalnya, ADC dengan resolusi n-bit memiliki 2n kode digital yang mungkin dan berarti juga memiliki 2n tingkat undak (step level). Meskipun demikian, karena undak pertama dan undak terakhir hanya setengah dari lebar penuh, maka rentang skala-penuh (FSR, full-scale range) dibagi dalam (2n -1) lebar undak. Karenanya,

 

1 𝐿𝑆𝐵 =  𝐹𝑆𝑅

            2𝑛−1

 

                       Untuk converter n-bit.

 

 

 

 

Gambar 4. Fungsi Transfer Ideal ADC

4.     Komunikasi

Komunikasi merupakan suatu kata yang dapat diartikan sebagai cara untuk menyampaikan atau menyebarluaskan data dan informasi. Komunikasi data adalah bagian dari komunikasi yang secara khusus berkenaan dengan transmisi atau pemindahan data dan informasi diantara komputer-komputer dan piranti-piranti yang lain dalam bentuk digital yang dikirim melalui media komunikasi data. Data berarti informasi yang disajikan oleh isyarat digital.

 

4.1  Universal Asynchronous Receiver Transmitter

Universal Asynchronous Receiver Transmitter (UART) adalah bagian perangkat keras komputer yang menerjemahkan antara bit-bit paralel data dan bit- bit serial. UART berupa sirkuit terintegrasi yang digunakan untuk komunikasi serial pada komputer atau port serial perangkat periperal.

UART terdiri dari:

1.  Penyangga (buffer) Transmit/Receive

2.  Pengendali (control) Transmit/Receive

3.  Penyangga Bus Data

4.  Logika Kendali Read/Write

5.  Kendali Modem

Dalam pengiriman data, clock antara pengirim dan penerima harus sama karena paket data dikirim tiap bit mengandalkan clock tersebut. Inilah salah satu keuntungan model asynchronous dalam pengiriman data karena dengan hanya satu kabel transmisi maka data dapat dikirimkan.

Gambar 5. Format Data UART

Terdapat beberapa parameter yang dapat diatur yaitu start bit, parity bit, dan stop bit. Pengaturan ini harus sama antara pengirim dan penerima. Data yang dikirim adalah data berukuran 8 bit atau 1 byte. Jika ditambah dengan 3 parameter diatas maka total bit data yang dikirim adalah 11 bit. Dari format data inilah setiap data yang terbaca dapat diterjemahkan menjadi bit-bit yang merepresentasikan data tertentu

Sebenarnya tidak semua terdapat error dalam pengiriman data UART. Terjadinya error hanya terjadi ketika kita menggunakan clock mikrokontroler untuk nilai tertentu saja. Pada paket data UART, clock yang dikirimkan bergantung dari nilai baud rate. Karena protokol ini universal, maka baud rate yang ada adalah nilai- nilai tetap yang tidak bisa diubah ubah dari kisaran nilai 110 sampai 11059200 bps (bit per sekon) atau lebih. Semakin cepat clock yang digunakan maka baud rate akan semakin cepat juga.

 

6.     DHT 22 Sensor

Sensor DHT22 (juga dikenal sebagai AM2302) adalah sensor digital yang mampu mengukur suhu dan kelembapan dengan tingkat akurasi yang tinggi. Sensor ini sering digunakan dalam berbagai aplikasi monitoring lingkungan, seperti pada sistem rumah pintar, proyek IoT, serta pengawasan suhu dan kelembapan pada ruang tertutup.

Kelebihan sensor DHT22 dibandingkan DHT11 adalah jangkauan pengukuran suhu dan kelembapan yang lebih luas serta akurasi yang lebih baik, meskipun dengan harga yang sedikit lebih tinggi.

Gambar 6. Sensor DHT 22

Spesifikasi DHT22:

1.     Tegangan kerja: 3.3V – 6V

2.     Arus maksimum: 2.5 mA saat mengukur

3.     Periode sampling: 2 detik

4.     Antarmuka komunikasi: Single-bus digital (1-wire)

5.     Rentang suhu: -40°C hingga 80°C (akurasi ±0.5°C)

6.     Rentang kelembapan: 0% hingga 100% RH (akurasi ±2% RH)

7.     Resolusi: Suhu: 0.1°C, Kelembapan: 0.1% RH

8.     Dimensi modul: sekitar 15.1mm x 25mm x 7.7mm

 

 

6.  1 Konfigurasi pin sensor DHT11

Tabel Konfigurasi Pin DHT22

Versi Modul (3 Pin):

Pin	Nama Pin	Fungsi	Keterangan
1	VCC	Tegangan input (3.3 – 5V)	Dihubungkan ke power supply
2	DATA	Jalur data digital (satu arah)	Dihubungkan ke pin GPIO mikrokontroler
3	GND	Ground	Dihubungkan ke ground sistem

 

Versi Komponen (4 Pin):

Pin	Nama Pin	Fungsi	Keterangan
1	VCC	Tegangan input (3.3 – 5V)	Dihubungkan ke power supply
2	DATA	Jalur data digital (satu arah)	Butuh resistor pull-up 4.7k–10kΩ ke VCC
3	NC	Not Connected	Tidak digunakan
4	GND	Ground	Dihubungkan ke ground sistem

 

Gambar 7. Susunan Pin DHT  22

Sensor DHT22 memiliki 2 versi, yatu versi 4 pin dan versi 3 pin. Tidak ada perbedaan karakteristik dari 2 versi ini. Pada versi 4 pin,. Pin 1 adalah tegangan sumber, berkisar antara 3V sampai 5V. Pin 2 adalalah data keluaran (output) . Pin ke 3 adalah pin NC (normall y close ) alias tidak digunakan dan pin ke 4 adalah Ground. Sedangkan pada versi 3 kaki, pin 1 adalah VCC antara 3V sampai 5V, pin 2 adalah data keluaran dan pin 3 adalah Ground.

Grafik Respon :

Gambar 8. Grafik DHT 22

 

7.  LDR Sensor

Light Dependent Resistor (LDR) adalah jenis Resistor yang nilai hambatan atau nilai resistansinya tergantung pada intensitas cahaya yang diterimanya. Nilai Hambatan LDR akan menurun pada saat cahaya terang dan nilai Hambatannya akan menjadi tinggi jika dalam kondisi gelap. Fungsi LDR (Light Dependent Resistor) adalah untuk menghantarkan arus listrik jika menerima sejumlah intensitas cahaya (Kondisi Terang) dan menghambat arus listrik dalam kondisi gelap.

Naik turunnya nilai Hambatan akan sebanding dengan jumlah cahaya yang diterimanya. Pada umumnya, Nilai Hambatan LDR akan mencapai 200 Kilo Ohm (kΩ) pada kondisi gelap dan menurun menjadi 500 Ohm (Ω) pada Kondisi Cahaya Terang.

LDR (Light Dependent Resistor) yang merupakan Komponen Elektronika peka cahaya ini sering digunakan atau diaplikasikan dalam Rangkaian Elektronika sebagai sensor pada Lampu Penerang Jalan, Lampu Kamar Tidur, Rangkaian Anti Maling, Shutter Kamera, Alarm dan lain sebagainya.

Adapun grafik respon sensor adalah:

Gambar 9. Grafik Sensitifitas LDR

 

                                

Gambar 10. Grafik Spektral LD

 

 

8.  Sensor ACS 712

Sensor ACS712 adalah sensor arus berbasis efek Hall yang dapat digunakan untuk mengukur arus listrik AC maupun DC secara akurat. Sensor ini bekerja dengan membaca medan magnet yang dihasilkan oleh aliran arus listrik dan mengubahnya menjadi sinyal tegangan analog. Sensor ini sering digunakan dalam proyek monitoring arus beban motor, sistem tenaga, serta aplikasi proteksi sirkuit.

Gambar 11. Sensor ACS 712

                         

Gambar 12. Pin Sensor ACS 712

Sensor ACS712 umumnya tersedia dalam bentuk modul dengan 3 pin utama, yaitu:

1.     VCC : Tegangan input 5V dari mikrokontroler

2.     OUT : Output analog berupa tegangan proporsional terhadap arus

3.     GND : Ground

Spesifikasi:

1.      Tegangan input: 5V DC

2.      Arus kerja: 10 mA

3.      Output: Analog (tegangan proporsional terhadap arus)

4.      Tegangan output: 0V – 5V (berbanding lurus dengan arus)

5.      Akurasi: ±1.5%

6.      Range pengukuran:

o   ACS712-05B: ±5A

o   ACS712-20A: ±20A

o   ACS712-30A: ±30A

7.      Sensitivitas (typical):

o   185 mV/A untuk 5A

o   100 mV/A untuk 20A

o   66 mV/A untuk 30A

8.      Waktu respon cepat: 5 µs

9.      





Isolasi antara bagian beban dan kontrol: 2.1 kV RMS

 

Gambar 13. Grafik Sensor ACS712

 

9.     Sensor Debu dan Asap GP2Y1014AU0F

Gambar 14. Dust Sensor GP2Y1014AU0F

 

Sensor GP2Y1014AU0F adalah sensor optik yang dirancang untuk mendeteksi partikel debu dan asap di udara. Sensor ini menggunakan sinar infra merah dan fotodetektor untuk mengukur jumlah partikel yang tersebar di udara, sehingga sering digunakan dalam alat pemantauan kualitas udara, sistem HVAC, dan aplikasi IoT berbasis lingkungan.

 

 

Gambar 15. Pin Dust Sensor GP2Y1014AU0F

Spesifikasi Teknis:

1.      Tegangan kerja: 5V DC

2.      Tegangan output: 0 – 3.6V (analog)

3.      Arus kerja: < 20 Ma

4.      Sensor berbasis Infrared Light Scattering

5.      Deteksi partikel: > 0.8 µm

6.      Respon waktu: < 1 detik

7.      Resolusi: 0.5 V / (0.1 mg/m³)

8.      Dimensi: 46 × 30 × 17.6 mm

9.      Berat: ~15 gram

Sensor ini memiliki 6 pin dengan fungsi sebagai berikut:

Grafik berikut menunjukkan hubungan antara tegangan output (Vo) dan konsentrasi debu di udara (mg/m³):

Gambar 16. Grafik Dust Sensor GP2Y1014AU0F

 

10.  Motor

Motor listrik adalah mesin yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik atau tenaga penggerak atau tenaga pemutar. Dalam peralatan rumah tangga motor listrik dapat ditemukan contohnya: pengering rambut kipas angin, mesin cuci, mesin jahit, pompa air, blender, mixer, bor listrik, lemari es, dan penyedot debu. Sedangkan dalam industri motor listrik digunakan untuk impeller pompa, fan, blower, menggerakan kompresor, mengangkat beban dan lain-lain.

John Ambrose Fleming diakhir abad 19, memperkenalkan sebuah cara untuk memudahkan memahami cara kerja motor listrik. Yang disebut kaidah tangan kiri, kaidah ini memudahkan untuk mengetahui arah gaya dorong/lorentz, arah medan magnet dan arah arus listrik pada sebuah sistem induksi elektromagnetik. Berikut gambar kaidah tangan kiri.

Gambar 17. Aturan Tangan Kiri

Prinsip kerja motor listrik adalah mengubah tenaga listrik menjadi tenaga mekanik. Perubahan dilakukan dengan merubah tenaga listrik menjadi magnet yang disebut elektromagnit. Menurut sifatnya, kutub-kutub magnit senama akan tolak-menolak dan kutub-kutub tidak senama akan tarik-menarik. Sehingga jika sebuah magnet ditempatkan pada sebuah poros yang berputar dan magnet lainnya pada suatu kedudukan yang tetap maka akan diperoleh gerakan atau putaran.

Ada banyak bagian motor listrik tapi, sejatinya motor listrik hanya memiliki komponen utama yaitu stator dan rotor. Berikut ini bagian-bagian motor listrik:

1.     Stator Adalah bagian dari motor listrik yang tidak bergerak stator penghasil medan magnet, baik itu elekromagnetik ataupun medan magnet tetap. Stator terdiri dari beberapa bagian yaitu :

i)      Badan Motor, adalah tempat lilitan stator.terdiri dari rumah dengan alur- alurnya yang dibuat dari pelat-pelat yang dipejalkan berikut tutupnya.

ii)    Kumparan Stator adalah elektromagnetik berfungsi sebagai penghasil medan magnet bias diganti dengan medan magnet tetap yang memiliki dua kutub magnet yang saling berhadapan, kutub utara dan kutub selatan

2.     Rotor. adalah bagian dari motor listrik yang bergerak, rotor terdiri dari beberapa bagian yaitu :

i)      Sikat, untuk menghubungkan arus dari sumber tegangan ke komutator dari kumparan.

ii)    Komutator, untuk mengubah/membalik arah arus yang mengalir pada kumparan agar putaran motor dapat terjadi. (Tidak bergerak bolak-balik) dan membantu dalam transmisi arus antara rotor dengan sumber daya.

iii)  Terminal adalah titik penyambungan sumber tenaga listrik dengan ujung kumparan motor.

iv)   Bearing adalah bantalan AS motor

v)    Body Motor adalah tutup motor untuk pelindung dari lingkungan.

vi)   Celah Udara adalah jarak antara kedudukan stator dengan rotor.

 

 

Berikut ini gambar bagian-bagian motor listrik:

Gambar 18. Struktur Motor

Pada dasarnya motor listrik dibedakan dari jenis sumber tegangannya motor listrik terbagi 2 yaitu: Motor AC (Alternating Current) atau Motor Listrik Arus Bolak-Balik danMotor DC (Direct Current) atau Motor Listrik Arus Searah. Dari

2 jenis motor listrik tersebut terdapat klasifikasi jenis-jenis motor listrik berdasarkan prinsip kerja, konstruksi, operasi dan karakternya. Seperti yang terlihat gambar dibawah ini:

 

Gambar 19. Jenis-Jenis Motor

 

 

Motor DC adalah jenis motor listrik yang memerlukan sumber tegangan DC untuk beroperasi. Motor DC dibedakan lagi dari sumber dayanya yaitu sebagai berikut:

1.     Separately Excited atau Motor DC Sumber Daya Terpisah.

2.     Self Excited atau Motor DC Sumber Daya Sendiri berdasarkan konfigurasi supply medan dengan kumparan motor, Motor DC Self Excited dibedakan lagi yaitu sebagai berikut :

·       Motor DC Seri. Jenis motor yang gulungan medannya dihubungkan secara seri dengan gulungan kumparan motor,

·       Motor DC Shunt. Jenis motor yang gulungan medannya dihubungkan secara pararel dengan gulungan kumparan motor

·       Motor DC Campuran/Kompon. Jenis motor yang gulungan medan dihubungkan secara pararel dan seri dengan gulungan motor listrik.

 

Motor AC adalah jenis motor listrik yang memerlukan sumber tegangan AC untuk beroperasi. Motor AC dibedakan lagi dari sumber dayanya yaitu sebagai berikut:

a)     Motor Sinkron (Motor Serempak), jenis motor ac yang bekerja pada kecepatan tetap pada sistem frekuensi tertentu, motor jenis memiliki torsi yang rendah dan memerlukan arus dc untuk pembangkitan daya.

b)    Motor Induksi (Motor Tak Serempak), merupakan motor listrik AC yang bekerja berdasarkan induksi medan magnet antara rotor dan stator. Motor induksi dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok utama sebagai berikut :

a. Motor 1 Fasa, motor yang beroperasi dengan daya 1 fasa untuk menghasilkan tenaga mekanik.

b. Motor 3 Fasa, motor yang beroperasi dengan daya 3 fasa untuk menghasilkan tenaga mekanik.

 

11.  LCD

LCD atau Liquid Crystal Display adalah suatu jenis media display (tampilan) yang menggunakan kristal cair (liquid crystal) untuk menghasilkan gambar yang terlihat. Teknologi Liquid Crystal Display (LCD) atau Penampil Kristal Cair sudah banyak digunakan pada produk-produk seperti layar Laptop, layar Ponsel, layar Kalkulator, layar Jam Digital, layar Multimeter, Monitor Komputer, Televisi, layar Game portabel, layar Thermometer Digital dan produk-produk elektronik lainnya. Teknologi Display LCD ini memungkinkan produk-produk elektronik dibuat menjadi jauh lebih tipis jika dibanding dengan teknologi Tabung Sinar Katoda (Cathode Ray Tube atau CRT). Jika dibandingkan dengan teknologi CRT, LCD juga jauh lebih hemat dalam mengkonsumsi daya karena LCD bekerja berdasarkan prinsip pemblokiran cahaya sedangkan CRT berdasarkan prinsip pemancaran cahaya. Namun LCD membutuhkan lampu backlight (cahaya latar belakang) sebagai cahaya pendukung karena LCD sendiri tidak memancarkan cahaya. Beberapa jenis backlight yang umum digunakan untuk LCD diantaranya adalah backlight CCFL (Cold cathode fluorescent lamps) dan backlight LED (Light- emitting diodes). LCD atau Liquid Crystal Display pada dasarnya terdiri dari dua bagian utama yaitu bagian Backlight (Lampu Latar Belakang) dan bagian Liquid Crystal   (Kristal   Cair).   Seperti   yang disebutkan               sebelumnya,        LCD  tidak memancarkan               pencahayaan       apapun,  LCD      hanya               merefleksikan                dan

mentransmisikan cahaya yang melewatinya. Oleh karena itu, LCD memerlukan Backlight atau Cahaya latar belakang untuk sumber cahayanya. Cahaya Backlight tersebut pada umumnya adalah berwarna putih. Sedangkan Kristal Cair (Liquid Crystal) sendiri adalah cairan organik yang berada diantara dua lembar kaca yang memiliki permukaan transparan yang konduktif.

Bagian-bagian LCD atau Liquid Crystal Display diantaranya adalah:

·       Lapisan Terpolarisasi 1 (Polarizing Film 1)

·       Elektroda Positif (Positive Electrode)

·       Lapisan Kristal Cair (Liquid Cristal Layer)

·       Elektroda Negatif (Negative Electrode)

·       Lapisan Terpolarisasi 2 (Polarizing film 2)

·       Backlight atau Cermin (Backlight or Mirror)

 

Dibawah ini adalah gambar struktur dasar sebuah LCD:

Gambar 20.Struktur LCD

LCD yang digunakan pada Kalkulator dan Jam Tangan digital pada umumnya menggunakan Cermin untuk memantulkan cahaya alami agar dapat menghasilkan digit yang terlihat di layar. Sedangkan LCD yang lebih modern dan berkekuatan tinggi seperti TV, Laptop dan Ponsel Pintar menggunakan lampu Backlight (Lampu Latar Belakang) untuk menerangi piksel kristal cair. Lampu Backlight tersebut pada umumnya berbentuk persegi panjang atau strip lampu Flourescent atau Light Emitting Diode (LED). Cahaya putih adalah cahaya terdiri dari ratusan cahaya warna yang berbeda. Ratusan warna cahaya tersebut akan terlihat apabila cahaya putih mengalami refleksi atau perubahan arah sinar. Artinya, jika beda sudut refleksi maka berbeda pula warna cahaya yang dihasilkan.

Backlight LCD yang berwarna putih akan memberikan pencahayaan pada Kristal Cair atau Liquid Crystal. Kristal cair tersebut akan menyaring backlight yang diterimanya dan merefleksikannya sesuai dengan sudut yang diinginkan sehingga menghasilkan warna yang dibutuhkan. Sudut Kristal Cair akan berubah apabila diberikan tegangan dengan nilai tertentu. Karena dengan perubahan sudut dan penyaringan cahaya backlight pada kristal cair tersebut, cahaya backlight yang sebelumnya adalah berwarna putih dapat berubah menjadi berbagai warna.

Jika ingin menghasilkan warna putih, maka kristal cair akan dibuka selebar- lebarnya sehingga cahaya backlight yang berwarna putih dapat ditampilkan sepenuhnya. Sebaliknya, apabila ingin menampilkan warna hitam, maka kristal cair

 

 

harus ditutup serapat-rapatnya sehingga tidak adalah cahaya backlight yang dapat menembus. Dan apabila menginginkan warna lainnya, maka diperlukan pengaturan sudut refleksi kristal cair yang bersangkutan.

 

12.      Fan Cooler  (Kipas 5 V)

Cooling fan 5V merupakan kipas pendingin kecil bertegangan rendah yang biasa digunakan untuk mendinginkan perangkat elektronik seperti mikrokontroler, modul sensor, atau bahkan panel surya skala kecil. Dalam proyek Cleaning and Cooler System for Photovoltaic, cooling fan 5V berfungsi untuk menurunkan suhu permukaan panel surya, agar efisiensinya tetap optimal saat terkena paparan sinar matahari langsung.

Karena beroperasi pada tegangan 5V DC, kipas ini sangat cocok dipasangkan dengan sistem berbasis Raspberry Pi Pico tanpa perlu power supply eksternal yang kompleks.

 

Gambar 21. Cooling fan 5V

 

 Spesifikasi Umum Cooling Fan 5V:

Spesifikasi	Keterangan
Tegangan Operasi	5V DC
Arus Kerja	± 0.08A – 0.2A (80mA – 200mA tergantung tipe)
Daya	± 0.4W – 1W
Dimensi Umum	25x25x10 mm / 30x30x10 mm / 40x40x10 mm
Kecepatan Putar (RPM)	± 4000 – 7000 RPM (tergantung tipe)
Aliran Udara (Airflow)	± 3 – 8 CFM (cubic feet per minute)
Kebisingan (Noise)	± 20 – 28 dB
Jenis Bantalan	Sleeve bearing / Ball bearing
Jenis Konektor	2-pin atau 3-pin

 

Jenis-Jenis Fan Cooling 5V

 

Berdasarkan Bentuk & Dimensi

Jenis	Ukuran Umum (mm)	Kegunaan
Mini Cooling Fan	25x25x10, 30x30x10	Proyek elektronik kecil, sensor, PCB, Raspberry Pi
Small Case Fan	40x40x10, 50x50x10	Pendinginan mikrokontroler, panel PV kecil
Medium Case Fan	60x60x10, 80x80x10	Untuk aplikasi pendinginan yang lebih besar (jarang 5V)
Blower Fan	50x50x15, bentuk persegi panjang	Pendinginan spesifik area → angin terfokus

 

 

 

 

 

Berdasarkan Jumlah Kabel (Fitur Kontrolnya)

Jumlah Kabel	Fungsi	Contoh
2 Pin (Merah-Hitam)	On/Off biasa → dikendalikan dengan relay/MOSFET	Mini Fan 5V biasa
3 Pin (Merah-Hitam-Kuning)	PWM Control → bisa atur kecepatan fan via Raspberry Pi atau Arduino	Fan PC ukuran kecil
4 Pin (Merah-Hitam-Kuning-Biru)	Lebih jarang untuk 5V → biasa dipakai untuk kontrol fan komputer yang lebih besar	Biasanya digunakan di motherboard PC

 

Berdasarkan Jenis Bantalan (Bearing)

Jenis Bearing	Karakteristik	Cocok Untuk
Sleeve Bearing	Lebih murah, umur pendek, suara lebih kasar	Proyek prototipe, jangka pendek
Ball Bearing	Lebih awet, suara lebih halus, torsi lebih baik	Sistem otomatis jangka panjang

 

Berdasarkan Aliran Udara (Airflow)

Jenis Fan	Karakteristik	Kegunaan
Axial Fan (Kipas biasa)	Aliran udara lurus → untuk pendinginan permukaan umum	Kipas PCB, panel PV
Blower Fan (Radial)	Aliran udara menyamping → lebih terfokus	Pendinginan celah, sistem tertutup

Cooling fan 5V merupakan salah satu jenis kipas pendingin bertegangan rendah yang banyak digunakan dalam perangkat elektronik, sistem otomasi, hingga proyek energi terbarukan. Kipas ini berfungsi untuk mengalirkan udara secara aktif ke suatu permukaan atau area tertentu guna mengurangi suhu akibat panas yang dihasilkan oleh komponen atau lingkungan sekitar.

Pada sistem pembangkit listrik tenaga surya (PLTS), terutama panel fotovoltaik (PV), suhu permukaan yang terlalu tinggi dapat mengakibatkan penurunan efisiensi konversi energi. Oleh karena itu, penggunaan cooling fan 5V menjadi solusi sederhana dan hemat energi untuk menjaga suhu panel tetap dalam batas optimal, terutama pada sistem skala kecil hingga menengah.

4. Video Penjelasan [kembali]

• FLOWCHART

5. Listing Program [kembali]

6. Rangkaian simulasi [kembali]

7. Video penjelasan [kembali]

8. Download file [kembali]