Embed Size (px)
Citation preview
SISTEM TELEMETRI MULTI TRANSMITTER UNTUK PENGUKURAN
TEMPERATUR DAN KELEMBABAN UDARA DENGAN
MENGGUNAKAN GELOMBANG RADIO
(Tesis)
Oleh:
Alfian Bheny Lecca Sinaga
Program Studi Magister Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Lampung
2017
ABSTRACT
MULTI TRANSMITTER TELEMETRY SYSTEM FOR TEMPERATURE
AND HUMIDITY MEASURING USING RADIO WAVES
By:
Alfian B L Sinaga
Humidity and temperature are one of important physics quantities for organism.
Both factors can affect how organism to adapt with their environtment. Regarding
the improvement of sensor and tranducer in electrical so nowdays there are many
digital tools have been invented to facilitate the temperature and humidity
measuring.
Sensor SHT11 is a single chip temperature and humidity sensor with multi
module sensors that the output have been calibrated digitally. Main controller for
this telemetry system is microcontroller ATMega 128. The system used 5VDC
volatage source. The value of the measurement results transmitted with radio
waves using RF APC220 and also displayed on LCD and stored in a micro SD
From system realization acquired with regression value
for comparison temperature measuring value between system and
thermohygrometer and with regression value
for comparison humidity measuring value between system and thermohygrometer.
For data transmission the farthest distance that can be reached by RF APC220 is
190 meters in line of sight condition and 110 meters for non line of sight
condition.
Keyword: Temperature, Humidity, SHT11, RF APC220
ABSTRAK
SISTEM TELEMETRI MULTI TRANSMITTER UNTUK PENGUKURAN
TEMPERATUR DAN KELEMBABAN UDARA DENGAN
MENGGUNAKAN GELOMBANG RADIO
Oleh
Alfian B L Sinaga
Kelembaban udara dan temperatur adalah salah satu factor penting bagi mahluk
hidup. Kelembaban udara dantemperatur dapat mempengaruhi bagaimana mahluk
hidup dapat beradaptasi dengan lingkungannya. Dengan perkembangan sensor dan
tranducer dalam dunia elektronika maka pada saat ini sudah banyak ditemukan
alat ukur digital untuk memudahkan pengukuran temperatur dan kelembaban
udara.
Sensor SHT11 merupakan sebuah single chip sensor temperatur dan kelembaban
relatif dengan multi modul sensor yang outpunya telah dikalibrasikan secara
digital. Pengendali utama sistem telemerti ini adalah mikrokontroller ATMega
128. Sistem pengukuran ini menggunakan tegangan 5VDC. Hasil dari pengukuran
selain ditransmisikan dengan gelombang radio menggunakan RF APC220 juga
ditampilkan pada LCD dan disimpan pada micro SD.
Dari realisasi alat diperoleh nilai dengan regresi untuk perbandingan nilai temperatur pengukuran dengan sistem dan
thermohygrometer dan diperoleh nilai dengan regresi
untuk perbandingan nilai kelembaban udara pengukuran dengan
sistem dan thermohygrometer. Untuk transmisi data jarak terjauh yang dapat
dicapai oleh RF APC220 adalah 190 meter pada kondisi line of sight dan 110
meter pada kondisi tidak line of sight.
Kata kunci : Temperatur, Kelembaban Udara, SHT11, RF APC220
SISTEM TELEMETRI MULTI TRANSMITTER UNTUK PENGUKURAN
TEMPERATUR DAN KELEMBABAN UDARA DENGAN
MENGGUNAKAN GELOMBANG RADIO
Oleh:
Alfian Bheny Lecca Sinaga
Tesis
Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Mencapai Gelar
MAGISTER SAINS
Pada
Program Pascasarjana Magister Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung
PROGRAM PASCASARJANA MAGISTER FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDARLAMPUNG
2017
PERSEMBAHAN
Kupersembahkan karya sederhana ini untuk :
Bapak dan MamakDan Adik- adikku Novita, Shilvia Vera, Lordmen
dan Ina Mery..
Sebagai ungkapan rasa terimakasih dan bakti atassegala doa dan kasih sayang serta pengorbanan
untuk keberhasilanku..
Motto
Dengarkanlah nasihat dan terimalah didikan, supayaengkau menjadi bijak di masa depan
(Amsal 19:20)
Keberhasilan adalah kemampuan untuk melewati dan mengatasi dari satukegagalan ke kegagalan berikutnya tanpa kehilangan semangat
(Winston Churchil)
Lebih baik bertempur dan kalah daripada tidak pernah bertempur samasekali
(Arthur Hugh Clough)
RIWAYAT HIDUP
Penulis adalah anak sulung dari 5 (lima) bersaudara
pasangan M. Sinaga dan H. Panggabean yang lahir di
Sidikalang pada tanggal 23 November 1987.
Pada tahun 2000, penulis menyelesaikan pendidikan di
SD Swasta ST Yosef Sidikalang, tahun 2003 penulis menyelesaikan pendidikan di
SLTP Negeri 1 Sidikalang, dan pada tahun 2006 menyelesaikan pendidikan di
SMK Telekomunikasi Shandy Putra Medan.
Sejak tahun 2006, penulis terdaftar sebagai mahasiswa Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Lampung melalui jalur SPMB. Pada tahun 2014
penulis melanjutkan pendidikan di Program Studi Magister Fisika Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung.
SANWACANA
Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas segala rahmat, dan
kasih-Nyalah, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penulisan tesis yang berjudul
“Sistem Telemetri Multi Transmitter Untuk Pengukuran Temperatur Dan
Kelembaban Udara Dengan Menggunakan Gelombang Radio”
Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister
Sains pada Program Pascasarjana Magister Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Lampung. Dalam penyusunan tesis ini penulis
telah banyak mendapat bantuan baik ilmu, petunjuk, materi, bimbingan dan saran
dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan
ucapan terima kasih dari lubuk hati yang paling dalam kepada :
1. Bapak Prof. Warsito, S.Si., D.E.A., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Matematika
dan Ilmu Pengetahuan Alam dan sebagai Pembimbing I yang telah
memberikan bimbingan, ilmu, gagasan, saran dan kritik sehingga penulis
dapat menyelesaikan penulisan tesis ini.
2. Ibu Dr. Ir. Sri Ratna Sulistiyanti, M.T. selaku Pembimbing II yang telah
bersedia memberikan ide, gagasan, saran dan kritik pada penulis.
3. Ibu Dr. Yanti Yulianti, S.Si., M.Si. selaku Pembahas yang telah bersedia
memberikan arahan, koreksi, saram dan kritik.
4. Bapak Prof. Posman Manurung, Ph.D., selaku Ketua Program Studi Magister
Fisika Jurusan Fisika FMIPA Universitas Lampung
5. Bapak Arif Surtono, M.Si., M.Eng., selaku Ketua Jurusan Fisika FMIPA
Universitas Lampung
6. Seluruh Bapak dan Ibu Dosen dan karyawan Jurusan Fisika FMIPA
Universitas Lampung
7. Bapak dan Mamak, atas kasih sayang, kesabaran, do’a yang tak pernah habis
sepanjang masa.
8. Adik- adikku Vita, Vera, Lordmen dan Ina Mery yang selalu mendukung dan
mendoakan penulis dalam pendidikan
9. Rekan-rekan penulis di Wisma Sanabil, Kornelius, Cosmas, Noven, Rio,
Andri Tekel, Josua, yang sudah membantu penulis dalam pengerjaan tesis ini
10. Teman-teman seperjuangan di Program Pascasarjana Magister Fisika 2014,
Fitria Yunita, Laura Megadia, Kadek.
11. Riris Sitindaon yang sudah mengingatkan penulis untuk menyelesaikan tesis
ini.
12. Semua pihak yang telah membantu serta mendukung penulis dari awal kuliah
hingga terselesaikannya Tugas Akhir ini.
Akhir kata, penulis berharap semoga tesis ini dapat berguna dan bermanfaat bagi
kita semua. Amin
Bandar Lampung, Januari 2017
Alfian B L Sinaga
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... iv
DAFTAR TABEL ............................................................................................... vii
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang ........................................................................................... 1
B. Rumusan Masalah ...................................................................................... 5
C. Tujuan Penelitian ....................................................................................... 5
D. Manfaat Penelitian ..................................................................................... 6
E. Batasan Masalah ......................................................................................... 6
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Penelitian Terkait .................................................................................... 7
B. Perbedaan Dengan Penelitian Sebelumnya ........................................... 19
C. Dasar Teori ............................................................................................ 20
1. Temperatur ................................................................................. 20
2. Kelembaban Udara ..................................................................... 20
3. Sensor SHT11 ............................................................................ 22
4. RF APC 220 ............................................................................... 25
5. Mikrokontroller ATMega 128 ................................................... 26
6. Penyimpan Data (Micro SD) ...................................................... 28
ii
7. Serial Logger .............................................................................. 29
III. METODOLOGI PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat Penelitian ............................................................... 31
B. Alat dan Bahan ...................................................................................... 31
C. Prosedur Penelitian ................................................................................ 33
1. Perancangan Perangkat Keras ....................................................... 33
2. Perancangan Rangkaian Keseluruhan ........................................... 35
3. Perancangan Perangkat Lunak (Software) .................................... 37
4. Perancangan Sistem Transmisi Data ............................................ 38
IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Penelitian ..................................................................................... 41
B. Pembahasan ........................................................................................... 43
1. Analisis Perangkat Keras .............................................................. 43
a. Sistem Catu Daya ..................................................................... 43
b. Sensor SHT 11 ......................................................................... 44
c. Liquid Crystal Display (LCD) .................................................. 50
d. Serial Logger ............................................................................ 51
e. Sistem RF APC 220 ................................................................. 52
2. Analisis Perangkat Lunak ............................................................. 54
a. Analisis Program pengukuran Temperatur dan Kelembaban
Udara ............................................................................................ 54
b. Program Menampilkan Data pada Liquid Crystal Display ..... 58
c. Program Untuk Mengirimkan Hasil Pengukuran dengan RF
APC220 ........................................................................................ 60
d. Program Pengaturan dengan Real Time Clock ....................... 60
e. Program Penyimpanan Data pada Kartu Memori .................... 62
iii
C. Pengujian Sistem Secara Keseluruhan .................................................. 63
1. Pengujian Sistem Pengukuran Temperatur dan Kelembaban
Udara .............................................................................................. 63
2. Pengujian Sistem Radio Frekuensi APC 220 ............................. 70
3. Sistem telemetri multi transmitter untuk pengukuran temperatur
dan kelembaban udara dengan gelombang radio .......................... 74
V. KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan ............................................................................................ 77
B. Saran ...................................................................................................... 78
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 79
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
1. Perbandingan Karakteristik Sensor dengan Dataheet ................................8
2. Respon Sensor SHT11 Dan LM35DZ Dengan Termometer Air Raksa.......9
3. Respon Sensor SHT11 dengan Hygrometer wet and dry ..............................9
4. Blog Diagram Sistem Pengukuran Temperatur dan Kelembaban Udara
pada Lumbung ...............................................................................................10
5. Nilai Pengukuran Temperatur dengan Sensor SHT71...................................11
6. Nilai Pengukuran Kelembaban Udara dengan Sensor SHT71.......................11
7. Pengujian TCR pada RTD (TCR = 8,2 x 10-4 0C-1) .......................................12
8. Hasil Pengujian Sensitivitas Kelembaban Udara pada 50% - 90% RH.........13
9. Blog Diagram Sistem Pengendalian Parameter Temperatur dan
Kelembaban Udara Sarang Lebah..................................................................13
10. Sistem Pemancar FM .....................................................................................14
11. Sistem Penerima FM......................................................................................14
12. Blok Diagram Sistem Monitoring Area Pertanian (pada daerah
Pertanian) .......................................................................................................16
13. Blog Diagram Sistem Monitoring Area Pertanian (pada Penerima) .............17
14. Tampilan Jendela Utama pada PC (pada penelitian Jingwei Dong)..............18
15. Sensor Temperatur SHT11 ............................................................................24
16. Bentuk fisik mikrokontroler ATMega128 .....................................................27
v
17. Arsitektur mikrokontroler ATMega128.........................................................28
18. Bentuk fisik dari Micro SD............................................................................29
19. Bentuk umum dari Serial Logger ..................................................................30
20. Diagram alir langkah kerja realisasi rangkaian..............................................34
21. Blok Diagram Perancangan Sistem ...............................................................35
22. Rangkaian Keseluruhan .................................................................................36
23. Blok Diagram Sistem Transmisi Data ...........................................................39
24. Software RF-Magic........................................................................................39
25. Diagram Alir Perancangan Perangkat Lunak.................................................40
26. Sistem Telemetri Pengukuran Suhu dan Kelembaban Udara ........................42
27. Grafik Hasil Pengukuran Temperatur dengan Termohygrometer dan
sensor SHT 11................................................................................................48
28. Grafik Hasil Pengukuran Kelembaban Udara dengan
Termohygrometer Digital dan SHT 11 ..........................................................49
29. Tampilan Data yang Tersimpan Pada Kartu memori.....................................52
30. Data Hasil Pengukuran yang Dikirimkan oleh RF APC220..........................53
31. Tampilan LCD setelah Diprogram.................................................................59
32. Perbandingan Nilai Temperatur yang Ditampilkan oleh APC220,
LCD, kartu memori dan thermohygrometer digital .......................................65
33. Perbandingan Nilai Kelembaban Udara yang Ditampilkan oleh
APC220, LCD, kartu memori dan thermohygrometer digital .......................65
34. Grafik Hubungan Waktu dan Temperatur .....................................................67
35. Grafik Hubungan Kelembaban Udara dengan Waktu ...................................68
36. Grafik Hubungan Kelembaban Udara dan Temperatur .................................69
vi
37. Titik Uji RF APC220 Kondisi Line of Sight ..................................................71
38. Titik Uji dari Depan Gedung Rektorat mengarah Ke Gedung FEB ..............72
39. Titik Uji dari Gedung Rektorat mengarah Ke Gedung FT ............................73
40. Gambar Tampilan Pengaturan Frekuensi.......................................................75
41. Gambar Tampilan Program Pada Saat Dipilih Poin 1 ...................................76
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
1. Data Pengukuran Suhu ................................................................................46
2. Pengukuran Kelembaban Udara...................................................................47
3. Nilai Koefisien dan untuk harga Vdd dan Resolusi
yang digunakan ............................................................................................56
4. Nilai Koefisien Kompensasi dan Nilai Koefisen Konversi
Nilai Kelembaban udara...............................................................................57
5. Perbandingan Nilai Hasil Pengukuran Temperatur dan
Kelembaban Udara.......................................................................................64
6. Data Pengukuran Temperatur dan Kelembaban Udara................................67
7. Data Hasil Pengujian Line of Sight .............................................................72
8. Data Hasil Pengujian Tidak Line of Sight...................................................73
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Ada enam faktor yang mempengaruhi kenyamanan lingkungan, keenam faktor
tersebut adalah temperatur, sinar matahari, penguapan, kecepatan angin,
kelembaban udara.
Kelembaban udara adalah konsentrasi uap air di udara. Angka konsentasi ini dapat
diekspresikan dalam kelembaban absolut, kelembaban spesifik atau kelembaban
relatif.
Kelembaban udara merupakan salah satu faktor penting bagi makhluk hidup.
Kelembaban udara juga dapat mempengaruhi bagaimana mahluk hidup dapat
beradaptasi bagi lingkungannya. Berdasarkan keputusan Menteri Kesehatan
Republik Indonesia sudah ditentukan standar kelembaban dan temperatur dalam
ruangan sebagai syarat kesehatan lingkungan kerja perkantoran dan industri yaitu
pada SK Menkes Nomor 1405/MENKES/SK/XI/2002 yaitu temperatur dalam
ruangan antara 18 – 28oC, dan kelembaban udara diantara 40-60%.
Salah satu faktor yang mempengaruhi kelembaban udara adalah temperatur.
Temperatur dan kelembaban merupakan salah satu besaran yang sangat penting
dalam fisika kimia dan biologi. Maka untuk melihat kelembaban udara dan
temperatur lingkungan apakah sehat untuk daerah perkantoran ataupun industri,
2
atau baik untuk daerah pertanian, perkebunan ataupun peternakan maka perlu
dilakukan pengukuran nilai kelembaban dan temperatur.
Kelembaban dapat diukur dengan menggunakan alat yang dinamakan hygrometer
dan pengukuran temperatur dapat dilakukan dengan menggunakan thermometer.
Sedangkan alat yang dapat digunakan untuk mengukur temperatur dan
kelembaban secara bersamaan dinamakan dengan thermohygrometer. Alat ukur
ini masih merupakan alat ukur analog maka diperlukan sebuah alat ukur
elektronika untuk memudahkan pengukuran dan memudahkan pengoperasiannya.
Dengan perkembangan sensor dan tranducer dalam dunia elektronika maka pada
saat ini sudah banyak ditemukan alat ukur digital untuk memudahkan pengukuran
besaran besaran fisis. Beberapa keunggulan dari alat ukur digital dibandingkan
dengan alat ukur analog adalah, kemudahan pembacaan, skala terkecil
pengukurannya lebih kecil dibanding alat ukur analog, kemudahan dalam
pengoperasiannya, dan beberapa alat ukur dikemas menjadi satu alat ukur sesuai
keperluan. Sensor yang umum digunakan untuk pengukuran temperatur dan
kelembaban udara adalah sensor kapasitif, karena harga yang murah dan nilai
pendeteksian pada kelembaban udara yang spesifik dan dapat digunakan pada
industri dengan nilai temperatur yang sangat tinggi ataupun yang sangat rendah
(Wagner. et al. 2011).
Untuk pengukuran temperatur dan kelembaban secara bersamaan dengan
menggunakan satu modul dapat digunakan dengan modul SHT 11 (Cretu, 2008).
SHT11 adalah suatu modul chip multi sensor temperatur dan kelembaban relatif
yang menghasilkan keluaran digital yang terkalibrasi. Di bagian dalamnya
3
terdapat kapasitif polimer sebagai elemen untuk sensor kelembaban relatif dan
sebuah pita regangan yang digunakan sebagai sensor temperatur. Pada penelitian
sebelumnya nilai temperatur terukur pada sensor SHT 11 tidak ada perbedaan
yang signifikan dengan pengukuran menggunakan thermometer dan demikian
juga dengan pengukuran kelembaban tidak ada perbedaan yang signifikan dengan
hasil pengukuran menggunaka hygrometer dan dapat digunakan pada temperatur
kamar dan kelembaban sampai pada 100% (Talapesy, 2013).
Sensor SHT 11 pada saat digunakan untuk mengukur temperatur dan kelembaban
udara pada lumbung yang dilakukan di China memiliki nilai kesalahan mutlak
0.4oC dan nilai kesalahan mutlak maksimum kelembaban udara sebesar 0.03%
(Dong. J et al, 2014). SHT 11 juga dapat digunakan sebagai kontrol alarm pada
lumbung penyimpanan bahan makanan, nilai temperatur dan kelembaban diatur
pada parameter maksimal dan bila hasil pengukuran dari sensor melewati nilai
parameter maka alarm akan on (Lin dan Tong, 2013). Sensor SHT juga digunakan
pada pengontrolan rumah kaca (Hanggoro et al, 2013).
Pada penerapannya akan sangat sulit memantau hasil pengukuran dari
instrumentasi pengukuran yang sudah dibuat karena di lapangan pada daerah yang
akan diukur dapat berupa daerah pegunungan, hutan, areal pertanian/perkebunan
atau daerah sungai maka diperlukan instrumentasi tambahan untuk membantu
pemantauan hasi pengukuran.
Untuk memudahkan pemantauan hasil pengukuran dari instrumentasi elektronika
maka dapat dilakukan pemantauan jarak jauh yaitu dapat dengan menggunakan
4
teknologi wireless atau tanpa kabel yaitu dapat dengan menggunakan sinyal radio
,jaringan GSM ataupun melalui website.
Pada penelitian sebelumnya sudah berhasil diracang pemantau nilai temperatur
dan kelembaban udara dengan menggunakan teknologi wireless. Jaringan yang
digunakan adalah dengan menggunakan jaringan internet dan menggunakan
pemrograman berbasis java, aplikasi ini dirancang untuk sebagai aplikasi
pengukuran temperatur dan kelembaban secara remote dan aplikasi ini independen
terhadap sistem operasi komputer dan aplikasi browser yang berbeda (Sugiarti
dan Harmoko, 2011), pemantauan nilai temperatur dan kelembaban udara juga
dapat dilakukan dengan menggunakan aplikasi android (Hanggoro et al, 2013).
Pemantauan nilai temperatur dan kelembaban udara dengan menggunakan
jaringan GSM juga sudah pernah dilakukan untuk memantau nilai kelembaban
udara dan temperatur pada sarang lebah (Alpaslan, 2012).
Pada kondisi yang sebenarnya dilapangan tidak semua daerah itu dapat dilayani
dengan menggunakan jaringan GSM dan internet seperti pada daerah hutan
ataupun pegunungan. Maka perlu dilakukan penelitian untuk pemantauan dan
pengukuran temperatur dan kelembaban udara dengan menggunakan jaringan
radio.
Pada penelitian ini untuk pemantauan jarak jauh atau telemetri menggunakan
jaringan radio sebagai media komunikasi data dari sistem instrumentasi
pengukuran ke pusat pemantauana data (PC). Sebagai modul untuk transmisi data
dengan sinyal radio pada penelitian ini digunakan modul antenna RF APC 220.
Karakteristik dari modul ini adalah memiliki daya keluaran sekitar 20mW,
5
frekuensi kerja dari 418 sampai dengan 455 MHz, mampu melakukan transfer
untuk data yang besar dan jarak komunikasi antara transmiiter dan receiver
sekitar 1000 meter. Jarak ini dapat tercapai bila tidak ada penghalang antara
transmiiter dan receiver namun pada kenyataannya jarak maksimal ini tidak dapat
tercapai karena dilapangan akan sangat banyak penghalang seperti pohon ataupun
gedung.
Untuk menghindari kegagalan dalam pengukuran karena adanya pemadaman
lisrik maka pada penelitian ini sebagai sumber tegangan pada sistem sensor
digunakan sel surya dan penyimpanan daya dari sel surya menggunakan
akumulator.
B. Rumusan Masalah
Dari latar belakang masalah yang ada maka dapat dirumuskan masalah pada
penelitain ini adalah bagaimana merancang sistem pengukuran kelembaban udara
dan temperatur dengan menggunakan sensor SHT 11 dan melakukan telemetri
dengan menggunakan frekuensi radio dengan menggunakan modul RF APC220
C. Tujuan Penelitian
Tujuan pada penelitian ini adalah:
1. Merealisasikan sistem perangkat telemetri pengirim dan penerima dengan
memanfaatkan gelombang radio;
2. Analisis telemetri kelembaban udara dan temperatur dengan multi transmitter;
6
3. Merealisasikan alat sistem monitoring dan pengukur temperatur dan
kelembaban udara agar pengamatan dan akuisisi data dapat dilakukan pada
sebuah daerah;
4. Analisis alat sistem pemantau dan pengukuran temperatur dan kelembaban
udara;
D. Manfaat Penelitian
Manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini adalah:
1. Memudahkan dalam memantau temperatur di suatu daerah yang memiliki
tempat yang sukar dijangkau;
2. Dapat memantau informasi pengukuran secara realtime dengan jarak tertentu;
3. Menggunakan frekuensi radio sebagai media pengirim data hasil pengukuran
dan pemantauan nilai temperatur dan kelembaban udara;
E. Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah:
1. Pengujian dilakukan di lingkungan Universitas Lampung;
2. Sensor yang digunakan adalah sensor SHT 11;
3. Pengujian untuk transmisi data menggunakan multi stasion transmitter;
4. Frekuensi yang digunakan pada range 418 Mhz – 455 MHz;
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Penelitian Terkait
Penelitian tentang pengukuran temperatur dan kelembaban ini sebelumnya sudah
pernah dilakukan. Aji Hanggoro (2013) melakukan penelitian tentang pemantauan
dan kontrol rumah kaca dengan menggunakan android. Pada penelitian ini sebagai
pengendali utama digunakan Arduino Uno sebagai pengendali utama dan
menggunakan sensor SHT11 sebagai pengukur nilai temperatur dan kelembaban.
Penelitian ini dibuat untuk merealisasikan sistem pengontrolan untuk rumah kaca.
Keluaran dari sistem ini adalah pompa air yang akan aktif bila diaktifkan dari
jarak jauh dengan menggunakan aplikasi android. Dari hasil pengujian alat
diperoleh bahwa nilai hasil pengukuran temperatur dari sensor sesuai dengan
datasheet, tetapi pada pengukuran kelembaban udara menunjukkan bahwa pada
temperatur 300C - 700C menunjukkan nilai kelembaban udara masih dalam
jangkauan yang normal, tetapi bila nilai temperatur lebih tinggi maka hasil
pengukuran sensor akan menurun dan mendekati nilai nol. Hasil dari pengujian
sensor yang dilakukan pada penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 1.
8
Gambar 1. Perbandingan Karakteristik Sensor dengan Datasheet(Sumber: Hanggoro. A et al. 2013)
Pengukuran temperatur dan kelembaban udara juga sudah pernah dilakukan oleh
Ronaldo Talapessy (2013). Pada penelitian ini Talapeesy Pada penelitian yang
dilakukan oleh Talapessy pengukuran dilakukan dengan menggunakan
mikrokontroller ATMega16 sebagai pengendali utama dan menggunakan sensor
SHT11 untuk pengukuran nilai kelembaban udara dan temperatur dan
menggunakan sensor LM35 untuk pengukuran nilai temperatur. Pada penelitian
ini menggunakan relay yang dihubungkan dengan kipas dan heater sebagai
pengontrol kelembaban udara dan temperatur. Sebagai penampil hasil pengukuran
digunakan personal computer (PC) dan liquid crystal display (LCD). Untuk
menguji sensor SHT11 dan LM 35 bekerja dengan baik maka pada penelitian ini
dilakukan pengujian dengan menggunakan thermometer air raksa dengan skala
pengukuran dari -500C sampai dengan 500C. dan untuk menguji nilai pengukuran
kelembaban udara digunakan higrometer wet and dry. Pada Gambar 2 dan
Gambar 3 dapat dilihat bahwa sensor SHT11 dan LM 35 dapat merespon
perubahan temperatur dan kelembapan dengan baik. Pada pengukuran juga
9
Gambar 2. Respon Sensor SHT11 Dan LM35DZ Dengan Termometer Air Raksa(Sumber : Talapessy. R. 2013)
Gambar 3. Respon Sensor SHT11 dengan Higrometer wet and dry(Sumber : Talapessy. R. 2013)
terlihat bahwa nilai pengukuran temperatur berbanding terbalik dengan
kelembaban udara.
Ji Lin (2013) melakukan penelitian tentang sistem pendeteksian temperatur dan
kelembapan udara pada lumbung. Pada penelitian ini digunakan mikrokontroller
10
sebagai pengendali utama sistem. Pada penelitian ini digunakan sensor SHT11
sebagai sensor temperatur dan kelembaban udara. Dari hasil pengujian sistem
yang dilakukan dari penelitian ini diperoleh bahwa jarak pengukuran temperatur
yaitu dari -400C - 123,80C pada ketelitian kurang dari 0,10C. Jangkauan
pengukuran kelembaban udara dari 0% - 100% RH dengan ketelitian kurang dari
4,5%. Blog diagram pada penelitian yang dilakukan Ji Lin ini dapat dilihat pada
Gambar 4.
Shou Yang (2015) juga telah melakukan pengukuran temperature dan kelembaban
udara. Pada penelitian yang dilakukan oleh Shou Yang digunakan sensor
temperatur dan kelembaban udara SHT71. Dari hasil penelitian diperoleh bahwa
sensor dapat bekerja dengan baik pada saat pengukuran temperatur dan
kelembaban udara. Nilai kelembaban udara yang diperoleh dari hasil pengukuran
dengan menggunakan sensor SHT71 berbanding terbalik dengan nilai pengukuran
temperatur. Hasil penguukuran temperatur dan kelembaban udara pada pengujian
sensor SHT71 dapat dilihat pada Gambar 5 dan Gambar 6.
Gambar 4. Blog Diagram Sistem Pengukuran Temperatur dan Kelembaban Udarapada Lumbung
(Sumber : Lin. J dan Zhao. T. 2013)
11
Gambar 5. Nilai Pengukuran Temperatur dengan Sensor SHT71(Sumber : Yang. S et a.l 2015)
Gambar 6. Nilai Pengukuran Kelembaban Udara dengan Sensor SHT71(Sumber : Yang. S et al. 2015)
Rong Hua Ma (2011) melakukan penelitian tentang sistem pemantauan cuaca
tanpa kabel dengan menggunakan teknologi MEMS. Pada penelitian ini dirancang
sensor untuk melakukan pengukuran cuaca yang disatukan dalam satu sensor.
12
Gambar 7. Pengujian TCR pada RTD (TCR = 8,2 x 10-4 0C-1)(Sumber : Ma. R. H et al. 2011)
Dari hasil pengujian yang dilakukan untuk pengukuran temperatur dan
kelembaban udara diperoleh bahwa nilai perubahan tegangan berubah secara
linear terhadap perubahan temperatur.
Pada penelitian ini diperoleh bahwa nilai rata-rata TCR (temperature coefficient of
resistetance) adalah 8,2 x 10-4(0C-1) pada kelembaban konstan 60% hubungan
dari respon sinyal dan temperatur dapat dilihat pada Gambar 7. Untuk melihat
sensitivitas sensor terhadap kelembaban dilakukan penelitian dengan pengujian
kelembaban yaitu dari 50% sampai dengan 90% RH pada kenaikan 5% pada
temperatur konstan 27, 30, 40, dan 500C berdasarkan referensi dari alat ukur
kelembaban dan temperatur. Hasil pada penelitian ini dapat dilihat pada Gambar
8.
13
Gambar 8. Hasil Pengujian Sensitivitas Kelembaban Udara pada 50% - 90% RH(Sumber : Ma. R. H et al. 2011)
Penelitian tentang sistem telemetri data sudah pernah dilakukan sebelumnya.
Adem Alpaslan (2012) melakukan penelitian tentang pengendalian jarak jauh
temperatur dan kelembaban udara pada sarang lebah. Pada penelitian ini
digunakan jaringan GSM untuk pengendalian jarak jauh. Blog diagram pada
penelitian ini ditunjukkan pada Gambar 9.
Gambar 9. Blog Diagram Sistem Pengendalian Parameter Temperatur danKelembaban Udara Sarang Lebah
(Sumber : Alpaslan. A. 2015)
14
Warsito (2010) telah melakukan sistem telemetri analisis akuisisi data dari
multisensor dengan menggunakan modulasi frekuensi 0,11 GHz. Pada penelitian
ini ada dua sistem perangkat keras yang digunakan yaitu sistem pemancar dan
sistem penerima, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 10 dan Gambar 11.
Gambar 10. Sistem Pemancar FM(Sumber : Warsito. et al. 2010)
Gambar 11. Sistem Penerima FM(Sumber : Warsito. et a.l 2010)
15
Pada penelitian ini sirkuit pemancar FM terdiri dari tiga bagian yaitu gelombang
sinyal pembawa 0,11 GHz, sirkuit penyangga untuk mengatur nilai frekuensi dan
rangkaian amplifier 12 Watt. Tipe antena yang digunakan adalah tipe Yagi. Dari
hasil penelitian ini diperoleh bahwa dari dua jenis parameter fisis yaitu temperatur
dan tinggi permukaan air telah diukur dan ditransmisikan sejauh 5 Km dengan
menggunakan daya pemancar 12 Watt dan nilai parameter fisis dapat dilihat pada
computer dengan menggunakan jaringan antarmuka serial ~1,2 Kb/s.
Ming Kuo (2014) juga melakukan penelitan sistem pemantauan jarak jauh
temperatur tanah berlapis berbasis GPRS. Modul GPRS pada penelitian ini
digunakan untuk mengirimkan data yang telah diukur server jarak jauh melalui
jaringan komunikasi tanpa kabel. Dari hasil penelitian diperoleh bahwa sistem
dapat menerima hasil pemantauan temperatur tanah secara real time dengan
akurat dan transmisi data stabil dan dapat dipercaya.
Jin Gang (2013) melakukan penelitian tentang desain jaringan sensor temperatur
dan kelembaban udara tanpa kabel berbasis NRF24L01. NRF24L01 adalah modul
pemancar wireless keeping tunggal 2,4 GHz, yang bekerja pada pita frekuensi
2,400 GHz – 2,4835 GHz dan mendukung komunikasi wireless muti-point. Dari
hasil penelitian diperoleh bahwa jaringan sensor dapat bekerja dengan baik.
Sistem telemetri juga dapat dilakukan dengan menggunakan jaringan radio yaitu
menggunakan teknologi ZigBee. ZigBee adalah sistem transmisi tanpa kabel
dengan daya rendah. Ada tiga jenis ZigBee di pasar yaitu ZigBee series 1 yang
16
dapat menjangkau sampai dengan 100 m, ZigBee series 2 yang dapat menjangkau
samapi dengan 125 m, dan ZigBee Pro Series 1 yang dapat menjangkau hingga
1,5 Km. Penelitian dengan menggunakan ZigBee sudah dilakukan oleh A. Salleh
(2013) yaitu penelitian sistem monitoring rumah kaca dengan menggunakan
jaringan sensor tanpa kabel. Pada penelitian ini digunakan ZigBee series 1. Dari
pengujian diperoleh bahwa ZigBee menerima data dengan sangat lambat pada
jangkauan 60m – 100m. Hemanth Kumar (2012) juga menggunakan ZigBee pada
penelitiannya tentang sistem monitoring dan pengendalian lingkungan lumbung.
Gopala Khrisna (2013) juga menggunakan ZigBee untuk penelitan tentang sistem
monitoring area pertanian jarak jauh tanpa kabel. Pada penelitian ini ZigBee
digunakan untuk mengirimkan data lingkungan daerah pertanian seperti
temperatur dan kelembaban udara. Pada Gambar 12 dan Gambar 13 diperlihatkan
blok diagram sistem monitoring lingkungan pertanian yang dilakukan pada
penelitian ini.
Gambar 12. Blok Diagram Sistem Monitoring Area Pertanian(pada daerah pertanian)
(Sumber : Moorthy. G. K et al. 2013)
17
Gambar 13. Blok Diagram Sistem Monitoring Area Pertanian(pada penerima)
(Sumber : Moorthy. G. K et al. 2013)
Sandeep Kaushik (2013) melakukan penelitian tentang sistem pemantauan dan
pengendalian pada penyimpanan makanan dengan menggunakan jaringan sensor
tanpa kabel berbasis modul ZigBee dan Bluetooth. Bluetooth adalah teknologi
radio tanpa kabel yang digunakan pada komunikasi area kecil untuk
menghilangkan kabel pada perangakat computer seperti keyboard, mouse printer
dan perangkat lainnya seperti PDA dan handphone.kecepatan transfer Bluetooth
dapat mencapai 3 Mbps. Bluetooth menggunakan lebar pita frekuensi 2,4 GHz,
dengan daya transmisi sebesar 1 mW yang dapat mencapai jarak sampai 10 m.
Bila daya transmisi Bluetooth ditingkatkan samapi 100 mW maka jarak transmisi
akan mencapai 100 m.
Pada penelitian yang dilakukan Kaushik menggunakan sensor temperatur LM 35
dan sensor kelembaban udara HC 201. Pada penelitian ini Kaushik mencoba
18
membandingkan transmisi data tanpa kabel antara menggunakan modul ZigBee
dan Bluetooth. Dari hasil penelitian diperoleh bahwa jangkauan Bluetooth lebih
kecil dibanding ZigBee tetapi respon waktu dan kecepatan transfer data sama
dengan ZigBee. Keunggulan ZigBee dari Bluetooth adalah konsumsi daya yang
kecil dan jangkauan yang lebih besar.
Jingwei Dong (2014) melakukan penelitian desain sistem pemantauan temperatur
dan kelembaban udara pada lumbung dengan menggunakan jaringan tanpa kabel
berbasis ZigBee dari hasil penelitian ini diperoleh bahwa jaringan tanpa kabel
dengan ZigBee dapat digunakan untuk mengirimkan data pada sistem pengukuran
temperatur dan kelembaban udara. Data yang dikirimkan melalui jaringan
wireless akan di PC sebagai pusat pemantauan data. Data yang sudah diterima
akan ditampilkan pada PC dengan menggunakan program Microsoft Visual
Studio 6. Tampilan utama dari hasil pengukuran data pada penelitian ini
ditunjukkan pada Gambar 14.
Gambar 14. Tampilan Jendela Utama pada PC(pada penelitian Jingwei Dong)(Sumber : Dong. J et al. 2013)
19
B. Perbedaan dengan Penelitian Sebelumnya
Pada penelitian yang dilakuakan oleh Lin, keluaran dari sistem adalah alarm
sebagai informasi nilai temperatur dan kelembaban udara (Lin. J dan Zhao. T,
2013). Penelitian yang dilakukan Hanggoro adalah sistem pemantauan dan
pengukuran nilai temperatur dan kelembaban udara dan hasil yang didapat dari
pengukuran dikirimkan dengan menggunakan aplikasi android (Hanggoro, et al
2013). Pada penelitian yang dilakukan Tapalessy adalah pengukuran dan
pemantauan nialai temperatur dan kelembaban udara dan menggunakan PC dan
LCD sebagai penampil hasil pengukuran, PC dan sistem pengukuran temperatur
dan kelembaban udara dihubungkan dengan menggunakan USB dan harddisk PC
sebagai media penyimpanan data hasil pengukuran (Talapessy, R. 2013).
Pada penelitian sebelumnya juga sudah dirancang sistem telemetri data
pengukuran temperatur dan kelembaban udara dengan menggunakan ZigBee.
Pada penelitian ini akan dicoba untuk merancang sebuah sistem pemanatauan
temperatur dan kelembaban udara di lingkungan dengan menggunakan sensor
SHT11 sebagai sensor masukan dan mikrokontroller sebgai pengendali utama.
Data hasil pengukuran dari jarak jauh akan dikirimkan ke personal computer (PC)
(telemetri) dengan menggunakan gelombang radio dengan menggunakan
perangkat Radio Frekuensi APC220. Pada penelitian ini akan dicoba dirancang
sistem pengiriman data dengan menggunakan multi transmitter dan satu receiver
dengan cara membagi frekuensi dari range frekuensi yang dimiliki oleh Radio
Frekuensi APC220.
20
C. Dasar Teori
1. Temperatur
Temperatur merupakan karakteristik inherent, yang dimiliki oleh suatu benda
yang berhubungan dengan panas dan energi. Jika panas dialirkan pada suatu
benda, maka temperatur benda tersebut akan meningkat dan akan menurun jika
benda tersebut kehilangan panas. Serapan energi radiasi matahari akan
menyebabkan temperatur udara meningkat. Temperatur udara harian maksimum
tercapai beberapa saat setelah intensitas cahaya maksimum tercapai. Intensitas
cahaya maksimum tercapai pada saat berkas cahaya jatuh tegak lurus yakni pada
waktu tengah hari. Secara mikroskopis temperatur menunjukan energi yang
dimiliki oleh suatu benda. Setiap atom dalam suatu benda masing-masing
bergerak, baik dalam perpindahan maupun gerakan ditempat berupa getaran.
Makin tingginya energi atom-atom penyusun benda, makin tinggi temperatur
benda tersebut. Temperatur disebut juga sebagai temperatur yang diukur dengan
thermometer. Satuan temperatur yang umum dikenal ada empat macam yakni
Celcius, Fahrenheit, Reamur dan Kelvin.
2. Kelembaban Udara
Kelembaban udara ditentukan dari kandungan uap air di udara. Definisi tersebut
dapat dinyatakan sebagai kelembaban mutlak, kelembaban nisbi (relatif),
kelembaban absolut maupun defisit tekanan uap air. Kelembaban absolut
(absolute humidity) adalah total massa uap air per satuan volume udara. Massa
udara lembab adalah total massa dari seluruh gas-gas atmosfer yang terkandung
21
termasuk uap air, jika massa uap air tidak diikutkan, maka disebut massa udara
kering (dry air).
Tekanan uap air adalah tekanan parsial uap air dalam udara dengan satuan Pascal
(Pa). Tekanan uap air jenuh adalah tekanan uap air maksimum yang dapat dicapai
pada suhu tertentu. Jika tekanan uap parsial sama dengan tekanan uap air yang
jenuh maka akan terjadi pemadatan. Relative humidity secara umum mampu
mewakili pengertian kelembaban. Untuk mengerti relative humidity maka harus
diketahui absolut humidity. Absolut humidity merupakan jumlah uap air pada
volume udara tertentu yang dipengaruhi oleh suhu dan tekanan.= 217 (2.1)
dengan :
= absolute humidity (g/m3);
= tekanan oleh uap air (mb );
= temperatur saat pengukuran (K).
Data klimatologi untuk kelembaban udara yang umum digunakan adalah
kelembaban relatif (relative humidity, RH). Kelembaban relatif adalah persentase
rasio dari tekanan uap air saat dilakukan pengukuran dan tekanan uap air saat
mengalami saturasi atau perbandingan antara tekanan uap air aktual (yang
terukur) dengan tekanan uap air pada kondisi jenuh. Persamaan umumnya
dinyatakan dalam = 100 = 100 ( ) (2.2)
22
dengan :
= kelembaban relatif
= absolute humidity saat pengukuran (g/m3);= absolute humidity saat saturasi (g/m3);
= tekanan uap air saat pengukuran (mb);
= tekanan uap air saat saturasi (mb).
Untuk mengukur kelembaban udara maka digunakan pendekatan yang masing-
masing memiliki keuntungan dan kelemahan yaitu pengukuran dengan
pendekatan gravimetri, termometer bola basah dan bola kering, dan higrometer
titik embun. Fluktuasi kandungan uap air di udara lebih besar pada lapisan udara
dekat permukaan dan semakin kecil dengan bertambahnya ketinggian. Hal
tersebut terjadi karena uap air bersumber dari permukaan dan proses kondensasi
juga berlangsung pada permukaan. Sehingga pada siang hari kelembaban lebih
tinggi pada udara dekat permukaan sedangkan pada malam hari kelembaban lebih
rendah pada udara dekat permukaan.
3. Sensor SHT11
SHT-11 Module merupakan modul sensor temperatur dan kelembaban relatif yang
berbasis sensor SHT-11 dari Sensirion. Modul ini dapat digunakan sebagai alat
pengindra temperatur dan kelembaban dalam aplikasi pengendali temperatur dan
kelembaban ruangan maupun lingkungan.
Sensor SHT11 merupakan sebuah single chip sensor temperatur dan kelembaban
relatif dengan multi modul sensor yang outpunya telah dikalibrasikan secara
23
digital. Pada sensor SHT11 terdapat elemen kapasitif polimer sebagai sensor
kelembaban realtive dan sebuah pita regangan yang digunakan sebagai sensor
temperatur. Kedua output yang dihasilkan oleh SHT11 digabungkan dan
dihubungkan pada ADC 14 bit dan sebuah interface serial pada satu chip yang
sama. SHT11 menghasilkan sinyal keluaran yang baik dan waktu respon yang
cepat. Pengkalibrasian SHT11 dapat dilakukan pada ruangan dengan kelembaban
yang teliti menggunakan higrometer sebagai referensinya, sedangkan koefisien
kalibrasinya telah diprogramkan kedalam OTP memory. Koefisien tersebut
digunakan untuk mengkalibrasi keluaran dari sensor selama proses pengukuran.
Sensor SHT11 memiliki ukuran yang kecil dan konsumsi daya yang rendah.
Selain itu, SHT11 memiliki surface-mountable LLC (Leadless Chip Carrier) yang
berfungsi sebagai suatu pluggable 4-pin single-in-line untuk jalur data dan clock.
SHT11 membutuhkan supply tegangan 2,4 dan 5,5 volt. SCK (Serial Clock Input)
berfungsi untuk mensinkronkan komunikasi antara mikrokontroler dengan
SHT11. Beberapa spesifikasi SHT11 :
1. berbasis sensor temperatur dan kelembaban relatif;
2. mengukur temperatur dari -40ºC hingga +123,8ºC, atau dari -40ºF hingga
+254,9ºF dan kelembaban relatif dari 0%RH hingga 100%RH;
3. memiliki ketetapan (akurasi) pengukuran temperatur hingga 0,5ºC pada
temperatur 25ºC dan ketepatan (akurasi) pengukuran kelembaban relatif hingga
3,5%RH;
4. memiliki antarmuka serial sinkron 2-wire, bukan 12C;
5. jalur antarmuka telah dilengkapi dengan rangkaian pencegah kondisi sensor
lock-up;
24
6. membutuhkan catu daya +5 V DC dengan konsumsi daya rendah 30 μW;
7. modul ini memiliki faktor bentuk 8 pin DIP 0,6 sehingga memudahkan
pemasangannya.
Sistem sensor yang digunakan untuk mengukur temperatur dan kelembaban
adalah SHT11 dengan sumber tegangan 5 Volt dan komunikasi bidirectonal 2-
wire. Sistem sensor ini memiliki1 jalur data yang berfungsi untuk perintah
pengalamatan dan pembacaan data.
Pengambilan data untuk masing-masing pengukuran dilakukan dengan
memberikan perintah pengalamatan oleh mikrokontroler. Kaki serial data yang
terhubung dengan mikrokontroler memberikan perintah pengalamatan pada pin
data SHT11 “00000101” untuk mengukur kelembaban relatif dan “00000011”
untuk pengukuran temperatur. lalu controller harus menunggu agar proses
pengukuran selesai. Waktu yang dibutuhkan sekitar 11/55/210 ms untuk resolusi
8/12/14 bit.Sensor SHT11 memiliki ADC (Analog to Digital Converter)
didalamnya sehingga keluaran data SHT11 sudah terkonversi dalam bentuk data
digital dan tidak memerlukan ADC eksternal dalam pengolahan data pada
mikrokontroler.
Gambar 15. Sensor Temperatur SHT11
25
4. RF APC 220
Radio Frekuensi (RF) khususnya RF tipe APC220 dapat terintegrasi dengan
kecepatan tinggi MCU.
Pada penelitian ini menggunakan Radio Frekuensi bertipe APC220 karena
memiliki 100 saluran sehingga memudahkan dalam melakukan perubahan
parameter. APC220 merupakan modul radio komunikasi dengan komunikasi semi
duplek yang dapat dikomunikasikan dari satu titik ke multi point. Dengan
banyaknya saluran dan banyaknya frekuensi yang dimiliki, APC220 dapat
digunakan pada banyak jaringan yang bekerja ditempat dan waktu yang sama.
RF APC 220 pada penggunaannya dapat digunakan pada sesnsor nirkabel, deteksi
minyak dan gas, otomasi industri, kontrol dan monitoring jarak jauh.
Berikut beberapa spesifikasi yang dimiliki oleh APC220 :
1) Membutuhkan daya DC 3,3-5 V;
2) Temperatur operasi sebesar 30-85ºC;
3) Memiliki jarak pengiriman ±1000 ;4) Memiliki buffer data sebesar 256 byte;
5) Komunikasi data asynchronous serial 1200-57600 bps.
6) Dapat digunakan untuk transfer data yang besar.
7) Daya keluaran 20 mW.
8) Frekuensi operasi dari 418 MHz – 455 MHz.
26
5. Mikrokontroler ATMega128
Mikrokontroler dapat dianalogikan sebagai sistem komputer yang dikemas dalam
sebuah chip. Pada IC mikrokontroler sudah terdapat kebutuhan minimal agar
mikroposesor dapat bekerja yaitu meliputi mikroprosesor, ROM, RAM, I/O dan
clock. Ada beberapa jenis mikrokontroler yang masing-masing memiliki keluarga
atau series. Pengelompokan keluarga mikrokontroler ditentukan oleh perusahaan
tertentu sesuai dengan spesifikasi khusus yang dimilikinya yang membedakan
dengan mikrokontroler keluarga yang lain, terutama kompatibilitas dalam hal
pemrogramannya. Sehingga mikrokontorler dalam keluarga yang sama akan
memiliki kesamaan dalam hal arsitektur dan kompatibilitas pemrogramannya.
Yang menjadi pembeda hanya dalam hal kesamaan fisik misal jumlah pin dan
fitur-fiturnya seperti ukuran kapasitas memori program dan memori data, jumlah
timer, jumlah interupsi dan lain-lain.
Ada beberapa vendor yang membuat mikrokontroler diantaranya Intel Microchip,
Winbond, Atmel, Philips, Xemics dan lain-lain. Dari beberapa vendor tersebut
yang paling populer digunakan adalah mikrokontroler buatan Atmel.
Mikrokontroler AVR (Alf and Vegard’s Risc Processor) memiliki arsitektur
RISC 8 bit, dimana semua intruksi dikemas dalam kode 16 bit (16 –bits word) dan
sebagian besar intruksi dieksekusi dalam 1 (satu) siklus clock, sangat berbeda
dengan instruksi MCS51 yang membutuhkan 12 siklus clock. AVR dapat
dikelompokan menjadi 4 kelas yaitu keluarga Attiny, AT90Sxx, keluarga
ATMega dan AT86RFxx.
27
Perbedaan dari masing-masing kelas adalah berdasarkan memori, peripheral, dan
fungsinya. Sedangkan dari segi arsitektur dan instruksinya dapat dikatakan
hamper, oleh karena itu, dipergunakan salah satu AVR produk Atmel yaitu
ATMega128.
Mikrokontroler ATMega128 merupakan memiliki kemampuan dan konektor
untuk In System Programming (ISP). berikut ini karakteristik dari mikrokontroller
atmega128 :
1. menggunakan arsitektur AVR RISC
1. berbasis Atmega64L (64KB Flash memory dan 2 KB EEPROM) atau
Atmega128L (128 KB flash memory dan 4 KB EEPROM)
2. memiliki jalur input/output hingga 56 pin yaitu Port A, Port B, Port C, Port D,
Port E, Port F dan Port G termasuk 2 timer/counter 8 bit, 2 timer/counter 16 bit,
2 PWM 16 bit, 8 kanal ADC 10 bit, 2 serial UASRT, 1 watchdog timer dan 1
analog komparator
3. tersedia kristal osilator berfrekuensi 8 MHz
4. sebuah port untuk pemrograman secara ISP
5. LED indikator pemrograman
6. Catudaya (VCC) 2,7 – 5,5 Volt DC
7. Kompatibel dengan DT-COMBO BASE BOARD Series (Atmel, 2011).
Gambar 16. Bentuk fisik mikrokontroler ATMega128
28
Gambar 17. Arsitektur mikrokontroler ATMega128
Sistem minimum merupakan suatu rangkaian minimalis yang dirancang agar
suatu mikrokontroler dapat berfungsi dan bekerja dengaan semestinya. Namun
sistem minimum atmega128 memiliki beberapa perbedaaan dibandingkan dengan
sistem minimum mikrokontroler keluarga AVR yang lain. Perbedaannya terletak
pada pin ISP yakni mosi – RX0, miso – TX0, SCK – SCK dan power supply.
Arsitektur mikrokontroler128 ditunjukkan pada Gambar 17.
6. Penyimpan Data (Micro SD)
Dalam sistem telemetri terdapat fitur data logger yaitu fitur yang berfungsi
sebagai penyimpanan semua data-data kondisi dari temperatur dan kelembaban
yang diukur. Selanjutnya data tersebut nantinya akan tersimpan di dalam media
penyimpanan yaitu memory card.
29
Gambar 18. Bentuk fisik dari Micro SD
Pada perencanaan ini jenis memory card yang akan digunakan adalah micro SD
(secure Digital) dengan kapasitas 1 GB.
Ada tiga macam cara berkomunikasi dengan SD card yaitu one-bit SD mode,
Four-bit SD mode, SPI (Serial Peripheral Interface) mode.
Cara komunikasi dengan SPI merupakan cara yang paling mudah karena
protokolnya mudah dipelajari.
7. Serial Logger
Serial logger merupakan sebuah modul yang berfungsi sebagai perekam data
dalam aplikasi data logger. Serial logger yang digunakan memiliki koneksi (port)
dan spesifikasi sebagai berikut :
a) RS-232 port : 1 main, 3 server;
b) 8 chanel analog port;
c) 8 bit optocoupler TTL input, dapat diextend menjadi 40 bit;
d) 4 bit transistor output dapat diperluas menjadi 20 bit;
e) 256 kbyte flash memori;
f) real time clock;
g) memiliki fungsi PLC untuk proses kontrol dan warning system
30
Gambar 19. Bentuk umum dari Serial Logger
Untuk membangun data logger dengan mikrokontroler dibutuhkan protokol SPI
(Serial Peripheral Interface) untuk komunikasi dengan kartu memori. Serial
logger mudah diterapkan karena efektif dan dapat menulis serta membaca dari
kartu memori. Dengan menggunakan kode sederhana untuk menulis dan membaca
data sehingga dapat lebih cepat untuk membangun aplikasinya.
Pada modul serial logger terdapat 5 V DC power supply dan dapat dipasang
sebuah micro SD dengan maksimum ukuran memori 8 GB. Ukuran modul serial
logger sebesar 50mm x 50mm, standard baudrate 9600 dan memiliki tiga pin
sebagai pengontrol model Tx, Rx dan Rst.
III. METODOLOGI PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini akan dilakukan dari bulan Desember 2015 sampai dengan
November 2016 bertempat di Laboratorium Elektronika Dasar dan Instrumentasi
Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas
Lampung.
B. Alat Dan Bahan
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
1. Personal Computer (PC) untuk membuat dan mendownload program ke
mikrokontroller;
2. AVR USBASP untuk menghubungkan PC dengan mikrokontroller untuk
mendownload program;
3. Solder listrik sebagai pemanas untuk melelehkan timah sebagai perekat
komponen dengan PCB;
4. Multimeter untuk mengukur nilai tegangan dan arus dari komponen dan
rangkaian;
5. Bor listrik untuk melubangi PCB untuk tempat memasang komponen
elektronika;
32
Bahan- bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
1. SHT11 sebagai komponen utama untuk pengukuran temperatur dan
kelembaban udara;
2. Mikrokontroller ATMega 128 sebagai pengendali utama sistem pengukuran
temperatur dan kelembaban udara;
3. Radio frekuensi APC220 sebagai media untuk pengiriman dan penerimaan
data melalui jaringan radio;
4. Kartu memori sebagai media penyimpanan data hasil pengukuran temperatur
dan kelembaban udara;
5. Sel Surya sebagai sumber tegangan untuk rangkaian sistem pengukuran
temperatur dan kelelembaban udara;
6. Modul serial data logger sebagai modul perekaman data sistem pengukuran
temperatur dan kelembaban udara;
7. LCD 2 x 16 sebagai penampil data hasil pengukuran temperatur dan
kelembaban udara;
8. XTAL 16.000 MHz sebagai sumber detak;
9. RTC DS1307 sebagai komponen pewaktuan;
10. Akumulator sebagai sumber tegangan dan penyimpanan daya dari sel surya;
11. Kabel Penghubung sebagai penghubung antar rangkaian;
12. PCB sebagai tempat penghubung antar komponen dalam rangkaian;
13. Timah sebagai perekat komponen dengan PCB;
14. Fericlorida (FeCl) sebagai pelerut PCB untuk memperloleh jalur di PCB
sesuai dengan layout;
33
C. Prosedur Penelitian
Pada penelitian ini secara garis besar dapat dibagi menjadi tiga bagian, yaitu
perancangan perangkat keras (hardware), perancangan perangakt lunak (software)
dan analisis.
Pada penelitian ini ditentukan beberapa tahap dalam perancangan sistem telemetri
pengukuran temperatur dan kelembaban udara dengan tujuan untuk mengetahui
tahapan-tahapan yang harus dikerjakan untuk membuat alat sampai selesai. Yaitu
dimulai dengan perancangan perangkat keras, apabila perangkat keras sudah
selesai dilanjutkan dengan pembuatan perangkat lunak, apabila sudah berhasil
maka menghubungkan antara perangkat keras dan perangkat lunak apabila sudah
berhasil maka dilakukan analisis terhadap setuap sub bagian dari rangkaian dan
kemudian menyusun dalam bentuk laporan. Langkah kerja dalam penelitian ini
ditunjukkan pada Gambar 20.
1. Perancangan Perangkat Keras
Perncangan perangkat keras adalah penyatuan komponen-komponen elektronika
agar menjadi satu kesatuan rangkaian yang dapat bekerja sesuai dengan yang
diharapkan. Pada penelitian ini pernagkat keras yang digunakan adalah sensor
SHT11, mikrokontroller, LCD, APC 220, modul serial data logger. Blok diagram
dari perancangan perangkat keras ini ditunjukkan pada Gambar 21.
34
Tidak
Tidak
Gambar 20. Diagram alir langkah kerja realisasi rangkaian
Mulai
Mempelajari Konsep Sistem dan Alat
Perancangan Sistem dan Perakitan Komponen
Pengujian Perangkat Keras
Berhasil?
Perancangan Perangkat Lunak
Pengujian Perangkat Lunak
Berhasil?
Pengujian Sistem Keseluruhan
Analisis Sistem Keseluruhan
Penyusunan Laporan Penelitian
Selesai
35
Gambar 21. Blok Diagram Perancangan Sistem
Dari Gambar 21 dapat dilihat bahwa masukan nilai temperatur dan kelembaban
udara didapat dari keluaran sensor SHT 11 sebagai masukan mikrokontoller
keluaran dari sensor ini berupa data digital yang akan dihubungkan dengan ADC
pada mikrokontroller.
Pada penelitian ini mikrokontroller adalah sebagai pengendali utama dari sistem.
Hasil data yang diukur oleh sensor akan diolah di mikrokontroller dan datanya
akan ditampilkan pada LCD. Modul serial data logger ini digunakan sebagai
perekam data hasil pengukuran kedalam kartu memori. Selanjutnya data
diteruskan ke modul radio frekuensi APC220 untuk dikirimkan dalam bentuk
digital dan diterima oleh antena penerima radio frekuensi APC220 dan data ini
dapat ditampilkan pada personal computer.
2. Perancangan Rangkaian Keseluruhan
Rangkaian keseluruhan dari rangkaian pengukuran dan perekaman data sistem
pengukuran suhu dan kelembaban udara ini terdiri dari sistem minimum ATMega
128, rangkaian sensor suhu SHT11, rangkaian Serial Logger, rangkaian RTC,
LCD dan modul RF APC220. Skema perancangan perangkat keras ditampilkan
36
PE0/RXD0/PDI 2
PE1/TXD0/PDO 3
PE2/XCK0/AIN0 4
PE3/OC3A/AIN1 5
PE4/OC3B/INT4 6
PE5/OC3C/INT5 7
PE6/T3/INT6 8
PE7/ICP3/INT7 9
PB0/SS10
PB1/SCK11
PB2/MOSI12
PB3/MISO13
PB4/OC014
PB5/OC1A15
PB6/OC1B16
PB7/OC2/OC1C17
PG3/TOSC2 18
PG4/TOSC1 19
RESET20
XTAL223 XTAL124
PD0/SCL/INT0 25
PD1/SDA/INT1 26
PD2/RXD1/INT2 27
PD3/TXD1/INT3 28
PD4/ICP1 29
PD5/XCK1 30
PD6/T1 31
PD7/T2 32
PG0/WR 33
PG1/RD 34
PC0/A835
PC1/A936
PC2/A1037
PC3/A1138
PC4/A1239
PC5/A1340
PC6/A1441
PC7/A1542 PG2/ALE 43
PA7/AD744 PA6/AD645 PA5/AD546 PA4/AD447 PA3/AD348 PA2/AD249 PA1/AD150 PA0/AD051
PF7/ADC7/TDI 54PF6/ADC6/TDO 55PF5/ADC5/TMS 56PF4/ADC4/TCK 57PF3/ADC3 58PF2/ADC2 59PF1/ADC1 60PF0/ADC0 61
AREF62
AVCC64 PEN 1
PENGENDALI UTAMA
ATMEGA128
15.095.0
%RH
>
°C
DATA 2SCK 3SENSOR 1
SHT11
D7
14D
613
D5
12D
411
D3
10D
29
D1
8D
07
E6
RW5
RS
4
VSS
1
VD
D2
VEE
3
LCD1LM016L
VBAT3
X1 1
X2 2
SCL6
SDA5
SOUT7
RTC
DS1307
RXD
RTS
TXD
CTS
RF APC 220
RXD
RTS
TXD
CTS
SERIAL DATA LOGGER
R110k
CRYSTAL 1CRYSTAL
R247k
R347k
RS
R410k
E D4
D5
D6
D7
RSED4D5D6D7
C1
22p
C2
22p
C322p
CRYSTAL 2
CRYSTAL
TOMBOL RESET
R547k
pada Gambar 22. Rangkaian sensor terdiri dari sensor SHT11 yang sudah
memiliki komunikasi 2 wire yang juga didukung mikrokontroller ATMega128.
Sensor ini memiliki dua masukan yaitu temperatur dan kelembaban. Dengan
tingkat sensitifitas yang cukup tinggi, sehingga sensor ini cocok dalam
pengukuran suhu dan kelembaban udara.
Sensor SHT11 memiliki 4 buah pin yaitu VCC, GND, DATA, SCK. Sensor
SHT11 dihubungkan ke PORT B mikrokontroller untuk dibaca, yaitu pin SCK
sensor dihubungkan ke PORTB.0 dan pin DATA dihubungkan dengan PORTB.1.
RTC DS1307 digunakan untuk pewaktuan dan komunikasinya menggunakan 2
buah jalur yang tersedia dalam chip mikrokontroler yakni jalur SDA dan SCL.
Gambar 22. Rangkaian Keseluruhan
37
Dimana SDA RTC dihubungkan dengan PORTD.1 mikrokontroller sedangkan
SCL dihubungkan ke PORTD.0 mikrokontroller.
LCD digunakan untuk menampilkan informasi suhu dan kelembaban yang telah
diolah oleh mikrokontroler dan juga menampilkan tanggal dan waktu. Pada
penelitian ini digunakan LCD 2x16. LCD ini dapat menampilkan karakter berupa
angka dan huruf.
Penelitian ini menggunakan mikrokontroler Atmega128 yang memiliki 2 pin Tx
dan Rx yang masing - masing berada pada PORTD.2 sebagai pin Rx , PORTD.3
sebagai pin Tx serta PORTE.0 sebagai pin Rx dan PORTE1 sebagai pin Tx.
Sehingga untuk mengatur perekaman data di kartu memori dengan menggunakan
serlog dihubungkan dengan menyilangkan pin Tx serlog pada Rx mikrokontroler
dan Rx serlog ke pin Tx mikrokotroler yang berada di PORTD.2 dan PORTD.3.
Untuk pengirim RF APC 220 yakni pin Rx dan Tx dihubungkan secara silang ke
pin Tx dan Rx mikrokontroler yang berada pada PORTE.0 dan PORTE.1 Dengan
menggunakan Radio Frekuensi APC220 modul ini telah terintegrasi dengan baik
dan dapat digunakan secara langsung ke mikrokontroler sehingga data dapat
dikirim melalui jarak jauh.
3. Perancangan Perangkat Lunak (Software)
Pada penelitian ini bahasa pemrograman yang digunakan untuk pemrograman
mikrokontroler ATMega128 adalah Bahasa Basic karena memiliki struktur yang
38
baik sehingga mudah dipahami dan mudah dalam pembuatan program. Diagram
alir perangkat lunak dapat dilihat pada Gambar 25.
4. Perancangan Sistem Transmisi Data
Pada penelitian ini sistem transmisi data menggunakan gelombang radio yaitu
dengan menggunakan modul RF APC220. Blok diagram sistem transmisi data
sistem telemetri pengukuran temperatur dan kelembaban udara ini ditunjukkan
pada Gambar 23.
Penelitian ini menggunakan 5 transmitter dan 1 receiver. Setiap transmitter
memiliki nilai frekuensi yang berbeda yang dibagi dari range frekuensi kerja RF
APC220 yaitu antara 433 MHz – 455 MHz. Data yang sudah diperoleh pada
sistem pengukuran temperatur dan kelelembaban udara akan dikirimkan melalui
gelombang radio.
Kemudian pada sisi penerima modul RF APC 220 akan dihubungkan dengan
personal computer (PC) dan dengan menggunakan software RF-Magic yang telah
disesuaikan dengan modul RF APC220 sebagai pengatur frekuensi yang
digunakan. pengaturan tersebut berfungsi untuk menyamakan frekuensi pengirim
dengan frekuensi penerima dan mengatur kecepatan pengiriman sehingga data
yang dikirim dapat terbaca di PC. Tampilan RF-Magic dapat dilihat pada Gambar
24.
39
Sensor 1
Sensor 2
Sensor 3
Sensor 4
Sensor 5
f1
f2
f3
f4
f5
Gambar 23. Blok Diagram Sistem Transmisi Data
Gambar 24. Software RF-Magic
40
Gambar 25. Diagram Alir Perancangan Perangkat Lunak
V. KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
Telah berhasil dirancang sebuah sistem telemetri multi transmitter untuk
pengukuran temperatur dan kelembaban udara dengan menggunakan gelombang
radio dengan :
1. Arus total sebesar 0,125A pada tegangan masukan sebesar 5V.
2. Nilai regresi linear R2 sebesar 0.897 untuk pengukuran temperatur dan
regresi linear R2 sebesar 0,954 untuk pengukuran kelembaban udara.
3. Tingkat kesalahan pengukuran alat untuk temperatur sebesar 5,26% dan
pengukuran kelembaban sebesar 5,21% .
4. Besar data yang diperoleh dari pengukuran yang tersimpan pada micro SD
adalah sebesar 20 kB setiap satu jam merekam data.
5. Jarak jangkauan maksimal dengan menggunakan APC220 adalah 190
meter pada kondisi line of sight dan 110 meter untuk kondisi tidak line of
sight.
78
B. Saran
1. Dengan jumlah port ATmega 128 yang banyak maka dapat ditambah sensor
yang digunakan agar fungsi alat lebih baik.
2. Menggunakan transfer rate APC220 9600 bps atau lebih untuk transfer data
yang lebih cepat.
3. Menggunakan modul Transmitter dan Receiver yang lebih besar nilai daya
dan frekuensinya untuk memperoleh jangkauan transmisi yang lebih luas.
DAFTAR PUSTAKA
Alpaslan, A. (2012). Remote Control of the Temperature-Humidity and Climatein the Beehives with Solar-Powered Thermoelectric System.CEAI, Vol.14, No.1, pp. 93-99, 2012
Chen, M, K., Wen, B, L., Jiang, M.K. (2014). Remote Multi-layer SoilTemperature Monitoring System Based on GPRS. Sensors &Transducers, Vol. 164, Issue 2, February 2014, pp. 107-113
Cretu, G. (2008). Using of Humidity Sensors in MeasuringSystem. ActualTendencies and Problems. 9th International Conference OnDevelopment And Application Systems, Suceava, Romania, May22-24 pp 5-8.
Dong, J., Huile, L., Yuan, L., Yanwen, G., Guanhua, T. (2014). Design of aWireless Monitoring Network for Granary Temperature andHumidity Based on Zigbee. International Journal of u- and e-Service, Science and Technology Vol.7, No.2 (2014), pp.77-82
Gang, J., Fan, W., He, P., Liu, Y., (2013). Design of Multi-point WirelessTemperature and Humidity Sensor Network Based NRF24L01.Information Technology Journal 12 (20): 5812-5817 ISSN 1812-5638
Hanggoro, A., Mahesa, A., Rizki, R., Riri, F. (2013). Green House Monitoringand Controlling Using Android Mobile Application. IEEE Qualityin Research 2013 pp 79-85.
Kaushik, S., Singh, C. (2013). Monitoring and Controlling in Food StorageSystem using Wireless Sensor Networks Based on Zigbee &Bluetooth Modules. International Journal of Multidisciplinary inCryptology and Information Security Volume 2, No.3, May - June2013 ISSN 2320 2610
Kumar, H., Manjunath, I. (2012). The Design of Granary EnvironmentalMonitoring and Control System Based On ARM9 and ZIGBEE.International Journal of Innovative Technology and Exploring
80
Engineering (IJITEE) ISSN: 2278-3075, Volume-1, Issue-3,August 2012
Lin, J., Zhao T. (2013). Granary Temperature And Humidity Detection SystemBased On MCU. Advanced Materials Research Vols 605-607(2013) pp 941-944. Trans Tech Publications, Switzerland.
Ma, R.H., Yu, H, W., Chia, Y, L. (2011). Wireless Remote Weather MonitoringSystem Based on MEMS Technologies. Sensors 2011, 11, 2715-2727
Moorthy, G K., Yaashuwanth, C., Venkatesh, K. (2013). A Wireless RemoteMonitoring Of Agriculture Using Zigbee. International Journal ofEngineering and Innovative Technology (IJEIT) Volume 2, Issue8, February 2013
Salleh, A., M. K. Ismail, N.R Mohamad, M.Z.A.Abd.Aziz, M.A.Othman, M.H.Misran. (2013). Development of Greenhouse Monitoring usingWireless Sensor Network through ZigBee Technology.International Journal of Engineering Science Invention ISSN(Online): 2319 – 6734, ISSN (Print): 2319 – 6726 Volume 2,Issue 7 July. 2013 pp. 06-12
Sugiarti, E., Adhi, H. (2011). Monitoring Kelembaban dan Temperatur MelaluiSistem Java Remote Laboratory Berbasis Internet. TELAAHJurnal Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Volume 29 (2) 2011:47-54 ISSN : 0125-91
Talapessy, R. (2013). Purwarupa Alat Kontrol Suhu Dan Kelembaban. ProsidingFMIPA Universitas Pattimura 2013 pp 48-53 ISBN: 978-602-97522-0-5
Wagner, T., Soren, K., Alexander, W., Tilman, S. Claus, D., Jan, R., Michael, T.(2011). A High Temperature Capacitive Humidity Sensor Basedon Mesoporous Silica. Sensors 2011, 11 :3135-3144 ISSN 1424-8220
Warsito. Sri, W. S., Jhonizar. (2010). Analysis of Data Acquisition fromMultisensors Using A 0.11 GHz Frequency ModulationTelemetry. EJSR Volume 41
Yang, S., Keyan, S., Halil, C. (2015). Integration of A Prototype wirelessCommunication System With Micro-ElectromechanicalTemperature and Humidity Sensor for Concrete Pavement Health
81
Monitoring. Civil, Construction and Environmental EngineeringPublications and Papers Iowa State University.
Surat Keputusan Mentri Kesehatan Nomor 1405/MENKES/SK/XI/2002 TentangPersyaratan Kesehatan Lingkungan Kerja Perkantoran danIndustri
