MIKROKONTROLER ARDUINO

 MIKROKONTROLER

        Mikrokontroler adalah sebuah komputer kecil didalam satu IC yang berisi CPU, memori, dan perangkat antarmuka yang dapat diprogram. Mikrokontroler digunakan untuk suatu tugas dan menjalankan suatu program. 

       Penggunaan mikrokontroler dapat ditemui pada berbagai peralatan,misalnya telepon digital, microwave oven, televisi, mesin cuci, sistem keamanan rumah, antrian di bank, dll.  Mikrokontroler juga dapat digunakan pada berbagai aplikasi seperti otomasi industri, traffic light, running text, jam shalat, akuisisi data, telekomunikasi, pengendali motor, pengendali robot, sensor suhu/kelembaban, sistem keamanan, dll.  Keuntungan menggunakan mikrokontroler diantaranya adalah harganya murah, dapat di program berulang kali, dan dapat di program sesuai dengan keinginan kita.

         Terdapat berbagai macam dari mikrokontroler, diantaranya keluarga mikrokontroler MCS-51, AVR, Arduino dan lain sebagainya.  Adapun yang akan dibahas dalam buku ini adalah berkenaan dengan mikrokontroler Arduino. Mikrokontroler Arduino adalah pengendali mikro single board yang bersifat open source, yang didalamnya terdapat komponen utama yaitu sebuah chip mikrokontroler, dirancang  untuk memudahkan penggunaan elektronik dalam berbagai bidang.

 Secara umum Arduino terdiri dari dua bagian, yaitu :
1. Hardware → perangkat input/output (I/O)
2. Software, yang meliputi : 
- IDE untuk menulis program, 
- driver untuk koneksi dengan komputer, 
- contoh program dan library untuk pengembangan program

            Dari sisi software, arduino dapat dijalankan dimulti platform, yaitu linux, windows, atau mac. Sementara dari hardware, mikrokontroler arduino berbasis AVR yang didalamnya sudah diberi bootloader dan juga sudah terdapat  standar pin I/O nya. 

SEJARAH ARDUINO

            Arduino merupakan suatu bentuk prototipe elektronika (electronic prototyping platform) berbasis open-source yang fleksibel dan mudah digunakan baik dari sisi perangkat keras (hardware) maupun perangkat lunak (software). Arduino memiliki banyak kelebihan dibandingkan dengan mikrokontroler lainnya, diataranya adalah memiliki pustaka kode program (code library) dan tersedia modul pendukungnya (hardware support modules) dalam jumlah yang cukup banyak.  Alasan inilah membuat pengguna pemula mudah dalam mengoperasikan arduino sehingga pemakainya sangat banyak. 
            Pertama kali Arduino dikembangkan melalui tesis Hernando Barragam  yang berjudul “Arduino Revolution Open Hardware” pada tahun 2004, seorang mahasiswa yang berasal dari kolombia.  Penggunaan Arduino dimulai di ruang kelas Interactive Design Institute  Ivrea (IDDI), tahun 2005 di Ivrea, Italia. Modul hardware Arduino dibuat oleh Massimo Banzi, David Cuartielles, Tom Igoe, Gianluca Martino, David A. Mellis, dan Nicholas Zambetti (Arduino, 2011 dan Banzi 2008). 
            Tujuan awal pengembangan Arduino adalah untuk membantu para siswa membuat perangkat desain dan interaksi dengan harga yang murah.  Arduino merupakan sebuah board mikrokontroler yang bersifat open source, dengan desain skematik dan pcb bersifat open source, sehingga pengguna dapat menggunakannya secara langung atau dapat pula memodifikasinya.  Software yang digunakan untuk membuat, mengkompilasi dan meng-upload program yaitu Arduino IDE (Integrated Development Environment) juga bersifar open source. Arduino terdiri dari beberapa input output (I/O) yang sudah fix dan bisa digunakan dengan mudah. Arduino dapat digabungkan dengan modul elektro yang lain sehingga proses perakitan jauh lebh efisien. Para desainer hanya tinggal membuat software untuk mendayagunakan rancang hardware yang ada.  Software jauh lebih mudah untuk dimodifikasi tanpa harus memindahkan kabel. Saat ini arduino sangat mudah dijumpai dan ada beberapa perusahaan yang
mengembangkan sistem hardware open source ini. 
        Pada Arduino board terdapat chip / IC Boatloader yang telah diisi program yang dinamakan Arduino bootloader.  Penggunaan bootloader memungkinkan user meng-upload code program tanpa menggunakan hardware  tambahan (tanpa menggunakan programmer dari luar seperti : AVR-ISP, STK500, parallel programmer, usb programmer).  Bootloader akan aktif selama beberapa detik ketika board mengalami reset. 

        Hasil kompilasi dari Arduino Sofware dapat digunakan dan dijalankan tidak hanya pada arduino board tetapi juga dapat dijalankan di sistem mikrokontroler avr.  Dengan menggunakan bootloader, program yang dimasukkan ke flash akan semakin kecil.  

MACAM - MAVCAM ARDUINO

    Terdapat berbagai macam papan board arduino yang dapat diakses di websitenya https://www.arduino.cc/en/Main/Products, diantaranya adalah sebagai berikut: arduino uno, arduino nano, arduino mega, arduino leonardo

SHIELD ARDUINO
        Shield adalah board yang digunakan untuk mempermudah dalam pemasangan berbagai sensor atau aktuator (motor, LCD, dll).  Dengan penggunaan shield ini dapat menambah kapasitas input atau output dari arduino dengan cara dipasangkan diatas papan Arduino.

PERANGKAT INPUT/OUTPUT ARDUINO

SENSOR
        Sensor adalah suatu perangkat yang digunakan untuk memberi masukan data/nilai ke Arduino yang selanjutnya diproses.  Terdapat beberapa sensor diantaranya adalah sensor kelembaban, suhu, sensor suara, sensor gerak, sensor sentuh, sensor ultrasonic, sensor cahaya dan lain sebagainya.
 
Gambar 1.3 menunjukkan sensor yang dapat digunakan pada Arduino. 

AKTUATOR
        Aktuator adalah komponen yang merupakan hasil keluaran dari mikrokontroler.  Komponen-komponen yang termasuk dalam aktuator adalah LED, motor DC, Motor Servo, Motor Stepper, Lampu, Pemanas, Relay, Selenoid, electric valve, Pompa Air, dan sebagainya.

MODUL
        Modul adalah suatu rangkaian yang memiliki fungsi khusus, yang dapat dihubungkan dengan arduino untuk mendukung fungsi-fungsi tertentu sesuai dengan kebutuhan.  Contoh modul adalah : modul sd card, modul RTC, Modul kamera, Bluetooth, GPS, MP3 dan lain sebagainya. 

MEKANIK ROBOT
Mekanik Robot adalah komponen pendukung proyek robotic yang bisaberupa dudukan servo, tangan robot, roda gigi, dan sebagainya.   Contohkomponen-komponen robotic adalah sebagai berikut :

SOAL ESAY
1. Sebuatkan jenis-jenis mikrokontroler yang pernah ada sebelum Arduino ?

2. Siapa dan tahun berapa pertama kali Arduino dibuat dalam bentuk board mikrokontroler dan digunakan dalam ruang kelas untuk pembelajaran ?

3. Sebutkan macam-macam board arduino yang saudara ketahui ?

4. Sebuatkan macam-macam shield arduino yang saudara ketahui ?

5. Apa saja perangkat I/O yang dapat digunakan sebagai pendukung dalam
aplikasi Arduino ?

6. Apa yang saudara ketahui tentang actuator, sebutkan contohnya ?


  
  

 

RELAY

 RELAY

 1. Pengertian Relay

Pengertian relay adalah salah satu komponen elektronika yang berbentuk seperti saklar dan dioperasikan menggunakan listrik. Komponen ini terdiri dari dua bagian, yaitu elektromagnet (coil) dan mekanikal (switch). Dalam pengoperasiannya, relay memanfaatkan prinsip elektromagnetik untuk menggerakkan saklar dan menghantarkan arus listrik.

Dalam dunia elektronika, relay dikenal sebagai komponen yang dapat mengimplementasikan logika switching. Sebelum tahun 70an, relay merupakan “otak” dari rangkaian pengendali. Baru setelah itu muncul PLC yang mulai menggantikan posisi relay.

Relay yang paling sederhana ialah relay elektromekanis yang memberikan pergerakan mekanis saat mendapatkan energi listrik. Secara sederhana relay elektromekanis ini didefinisikan sebagai berikut :

a.       Alat yang menggunakan gaya elektromagnetik untuk menutup (atau membuka) kontak saklar.

b.      Saklar yang digerakkan (secara mekanis) oleh daya/energi listrik.

Di bawah ini contoh relay yang beredar di pasaran:

 

Gambar 1a. Relay di pasaran

Sumber gambar : Istock Photos

 

Gambar 1b. Relay di pasaran

Sumber : Handy Wicaksono - Catatan Kuliah ”Automasi 1”

 

Fungsi Relay dalam Dunia Industri

a.       Pengendali Arus Listrik pada Kendaraan: Relay digunakan dalam kendaraan bermotor untuk mengendalikan arus yang besar dengan memanfaatkan arus kecil, seperti pada starter mobil dan sepeda motor.

b.      Pengontrol Panel Listrik: Relay juga digunakan dalam panel listrik untuk mengendalikan kontaktor dengan kapasitas listrik besar.

c.       Perantara Kontaktor PLC: PLC tidak bisa mengendalikan kontaktor secara langsung, sehingga memerlukan relay sebagai perantara karena batasan kapasitas PLC.

d.      Perlindungan Kelistrikan Klakson: Relay digunakan untuk melindungi kelistrikan klakson pada kendaraan agar tidak menyebabkan kerusakan.

e.       Pengontrol Motor AC: Relay digunakan untuk mengontrol motor kompresor, kipas, dan pompa pendingin.

f.       Sistem Kontrol Digital: Relay digunakan dalam sistem kontrol digital untuk beradaptasi dengan sinyal tingkat rendah, sensitivitas sedang, dan tindakan switching yang cepat. Secara umum, relay digunakan untuk memenuhi fungsi – fungsi berikut :

➢ Remote control : dapat menyalakan atau mematikan alat dari jarak jauh

➢ Penguatan daya : menguatkan arus atau tegangan, Contohnya starting relay pada mesin mobil

➢ Pengatur logika kontrol suatu sistem

2.      Jenis-jenis Relay berdasarkan Ketetapan Nasional

a.      Single Pole Double Throw (SPDT Relay): Memiliki 5 terminal, dengan 3 terminal sebagai saklar dan 2 terminal sebagai coil.

 

 

Gambar 2 Relay jenis Single Pole Double Throw (SPDT)

Sumber : Kilian, Christopher T, Modern Control Technology,

(West Publishing Co : 1996)

b.      Single Pole Single Throw (SPST Relay): Memiliki 4 terminal, dengan 2 terminal sebagai saklar dan 2 terminal sebagai coil.

c.       Double Pole Double Throw (DPDT Relay): Memiliki 8 terminal, dengan 6 terminal sebagai 3 pasang terminal yang dikontrol oleh coil dan 2 terminal sebagai coil.

 

Gambar 3. Timer Relay

Sumber : Handy Wicaksono - Catatan Kuliah ”Automasi 1

d.      Double Pole Single Throw (DPST Relay): Memiliki 6 terminal, dengan 4 terminal digabung menjadi 2 terminal dan 2 terminal sebagai coil.

 

Prinsip Kerja Relay: Relay terdiri dari empat komponen dasar yaitu elektromagnet (coil), armature, switch contact point (saklar), dan spring. Saklar pada relay dapat berupa normally closed (NC) atau normally open (NO), bergantung pada kondisi awal sebelum diaktifkan.

3.      Cara Kerja Relay

Relay terdiri dari coil dan contact. Perhatikan gambar di bawah gambar 4, coil adalah gulungan kawat yang mendapat arus listrik, sedang contact adalah sejenis saklar yang pergerakannya tergantung dari ada tidaknya arus listrik di coil. Contact ada 2 jenis : Normally Open (kondisi awal sebelum diaktifkan open), dan Normally Closed (kondisi awal sebelum diaktifkan close). Secara sederhana berikut ini prinsip kerja dari relay : ketika Coil mendapat energy listrik (energized), akan timbul gaya elektromagnet yang akan menarik armature yang berpegas, dan contact akan menutup.

 

Gambar 4. Skema relay elektromekanik

Sumber : Handy Wicaksono - Catatan Kuliah ”Automasi 1”

Ketika kumparan elektromagnetik dalam relay mendapatkan aliran listrik, akan muncul medan magnet yang menarik tuas armature sehingga mengubah posisi kontak switch dari NC menjadi Open dan begitu pula untuk kontak NC berubah menjadi open.

4.      Timer Relay

Timing relay adalah jenis relay yang khusus. Cara kerjanya ialah sebagai berikut : jka coil dari timing relay ON, maka beberapa detik kemudian, baru contact relay akan ON atau OFF (sesuai jenis NO/NC contact). Simbol daritiming relay bisa dilihat pada gambar 6 Sedang latching relay ialah jenis relay digunakan untuk latching atau mempertahankan kondisi aktif input sekalipun input sebenarnya sudah mati. Cara kerjanya ialah sebagai berikut: jika latch coil diaktifkan, ia tidak akan bisa dimatikan kecuali unlatch coil diaktifkan. Simbol dari latching relay bisa dilihat pada gambar:

 

Gambar 5. Timer Relay

Sumber : Handy Wicaksono - Catatan Kuliah ”Automasi 1

  

Gambar 6. Timer Relay

Sumber : Handy Wicaksono - Catatan Kuliah ”Automasi 1

 

5.      Kelebihan Relay

Relay memiliki kelebihan karena coil dan kontak relay terpisah sehingga tidak saling terpengaruh. Dengan tegangan 5 Volt DC dan arus kecil, relay dapat mengontrol lampu 220 Volt 400 Watt.

6.      Kontrol Relay logic

Logika Kontak pada relay yang ada di pasaran Terdapat 3 logika dasar saat melakukan pemrograman dengan kontak.

a.       Logika Not (Tidak Sama Dengan)

Logika NOT pada kontak dapat diartikan sebagai logika pemutus, umumnya dengan menggunakan kontak NC. Saat tidak diaktifkan (False), kontak berperan menyambungkan aliran, tetapi saat ditekan (True) maka berperan memutuskan aliran arus.  

 

Gambar 7 Logika Not

Perhatikan gambar di atas. Sebelum kontak A ditekan, output sudah menyala. Namun sebaliknya saat kontak A ditekan, output akan mati. Logika ini disebut dengan TIDAK atau NOT Logic. Logika ini sering digunakan untuk memutus aliran arus listrik atau digunakan sebagai instruksi OFF.

b.      Logika OR (Atau)

Logika OR dapat diartikan sebagai logika alternatif, yaitu pilihan untuk dapat menyambungkan sebuah aliran arus dengan melalui salah satu kontak. Dengan demikian, mengaktifkan salah satu saja dari kontak A atau kontak B atau keduanya secara bersamaan akan dapat menyalakan Output. 

 

Gambar 8 Logika Or

Contoh penerapan logika ini adalah pada pengoperasian lampu dari beberapa titik. Lampudapat diaktifkan dari beberapa tempat dengan menggunakan beberapa tombol berbeda dengan cara menyambung secara paralel kontak tombol – tombol tersebut.

c.       Logika AND (Dan)

Logika AND dapat diartikan sebagai logika syarat, yaitu kombinasi 2 kontak atau lebih yang hanya bisa menyambungkan aliran arus apabila kedua - duanya diaktifkan dalam waktu yang bersamaan. Kontak – kontak tersebut tidak dapat menyambungkan apabila hanya salah satu yang ditekan.

 

Gambar 9 Logika And