SMART SHOWER SYSTEM PADA KAMAR MANDI
1. Tujuan [Kembali]
- Memantau kondisi lingkungan tanaman secara real-time, meliputi pH larutan nutrisi, kadar TDS/PPM, suhu air, suhu udara, dan kelembaban udara.
- Mengontrol nutrisi dan kualitas air secara otomatis, termasuk penyesuaian pH, penambahan nutrisi, serta pengaturan sirkulasi air untuk menjaga pertumbuhan pakcoy tetap optimal.
- Mendeteksi dan menangani potensi gangguan pada sistem seperti kekurangan air, lonjakan pH, kerusakan pompa, atau suhu berlebihan, melalui sistem peringatan otomatis agar tanaman tetap aman dan sehat.
2. Alat dan Bahan [Kembali]
Alat:
1. Power Suply dan Voltmeter DC
Power Suply
Power Supply atau dalam bahasa Indonesia disebut dengan Catu Daya adalah suatu alat listrik yang dapat menyediakan energi listrik untuk perangkat listrik ataupun elektronika lainnya.
Voltmeter DC
Difungsikan guna mengukur besarnya tegangan listrik yang terdapat dalam suatu rangkaian listrik. Dimana, untuk penyusunannya dilakukan secara paralel sesuai pada lokasi komponen yang sedang diukur.
2. STM32 Bluepill
STM32 Bluepill adalah mikrokontroler berbasis ARM Cortex-M3 yang berperan sebagai otak dari sistem Smart Shower. Modul ini bertanggung jawab membaca data sensor, memproses logika program, serta mengendalikan aktuator seperti pompa, fan, heater, lampu, dan buzzer. Dengan kecepatan tinggi, konsumsi daya rendah, dan banyaknya pin GPIO, STM32 sangat cocok untuk proyek otomasi berbasis sensor seperti sistem shower cerdas.
3. Water Flow Sensor
Sensor flow meter adalah sensor yang digunakan untuk mengukur laju aliran cairan yang melewati sebuah pipa, biasanya menghasilkan output berupa pulsa listrik yang sebanding dengan jumlah air yang mengalir. Pulsa ini kemudian diolah oleh mikrokontroler untuk mengetahui debit air secara akurat, sehingga sensor flow meter banyak digunakan pada sistem irigasi, hidroponik, dan berbagai aplikasi yang membutuhkan pemantauan volume atau kecepatan aliran cairan.
Spesifikasi sensor pada sensor gas MQ-2 adalah sebagai berikut:
6. DHT22 (Temperature & Humidity Sensor)
DHT22 adalah sensor digital yang digunakan untuk mengukur suhu dan kelembapan udara dengan tingkat akurasi yang lebih tinggi dibandingkan seri DHT lainnya. Sensor ini bekerja dengan prinsip pengukuran kapasitif untuk kelembapan dan sensor termistor internal untuk suhu. Data pengukuran dikirimkan dalam bentuk sinyal digital sehingga mudah diproses oleh mikrokontroler seperti STM32.
Sensor ini sangat umum digunakan pada sistem pemantauan lingkungan dalam ruangan karena stabil, akurat, dan memiliki waktu respons cepat terhadap perubahan kondisi udara.
7. Turbidity Sensor
Turbidity Sensor adalah sensor yang digunakan untuk mengukur kekeruhan air. Sensor ini bekerja dengan prinsip pemantauan intensitas cahaya: sebuah LED (sebagai pemancar cahaya) dan fotodioda (sebagai penerima) digunakan untuk mendeteksi seberapa banyak cahaya yang dapat melewati air.
Semakin keruh air, semakin banyak partikel tersuspensi yang menghamburkan cahaya sehingga intensitas cahaya yang diterima menurun. Perubahan intensitas cahaya ini kemudian dikonversi menjadi sinyal analog yang dapat diproses oleh STM32.
Sensor ini umum digunakan dalam sistem penyaringan air, akuakultur, dan pemantauan kualitas air karena mampu memberikan indikasi cepat terkait kejernihan air.
Komponen Utama Sensor PIR
- Sensor Pyroelectric: Inti dari sensor PIR yang bertanggung jawab untuk mendeteksi perubahan radiasi inframerah.
- Lensa Fresnel: Lensa ini membantu memfokuskan radiasi inframerah pada sensor pyroelectric.
- Sirkuit Elektronik: Bertugas untuk mengubah sinyal dari sensor menjadi aksi yang dapat dilakukan, seperti menyalakan lampu atau mengirimkan alarm
Cara Kerja Sensor PIR
Ketika objek yang lebih hangat (misalnya, manusia,kendaraan) bergerak melintasi area deteksi sensor PIR, sensor akan mendeteksi perbedaan energi panas di area tersebut. Ketika perubahan energi ini terdeteksi, sensor PIR mengeluarkan sinyal yang dapat memicu reaksi tertentu, yang ditandai sensor berlogika 1
Perlu dicatat bahwa sensor PIR bersifat pasif, artinya mereka tidak memancarkan radiasi untuk mendeteksi gerakan, melainkan hanya mendeteksi radiasi yang ada di lingkungan sekitarnya.
Kelebihan:
- Hemat Energi: Sensor PIR tidak membutuhkan banyak energi untuk beroperasi.
- Harga Terjangkau: Harga sensor PIR relatif murah dibandingkan dengan teknologi deteksi gerakan lainnya.
- Instalasi Mudah: Sensor PIR mudah dipasang dan diintegrasikan dengan berbagai sistem.
Buzzer adalah komponen aktuator penghasil suara yang digunakan sebagai indikator audio dalam berbagai sistem elektronik. Komponen ini bekerja dengan prinsip getaran membran akibat perubahan medan elektromagnetik ketika dialiri arus listrik. Terdapat dua jenis utama buzzer: active buzzer (menghasilkan suara sendiri ketika diberi tegangan) dan passive buzzer (membutuhkan sinyal frekuensi dari mikrokontroler).
Dalam aplikasi sistem otomatis, buzzer berfungsi memberikan peringatan yang cepat, jelas, dan mudah dikenali pengguna. Karena konsumsi dayanya rendah dan responnya instan, buzzer sangat cocok digunakan sebagai alarm atau notifikasi status sistem.
14. LCD (I2C atau 16x2)
LCD 16x2 adalah modul display yang mampu menampilkan 16 karakter dalam 2 baris. Display ini banyak digunakan pada proyek mikrokontroler untuk menampilkan data sensor, status sistem, maupun pesan informasi secara langsung. LCD standar membutuhkan banyak pin, namun ketika menggunakan modul I2C, jumlah pin yang diperlukan berkurang menjadi hanya dua: SDA dan SCL.
Jenis LCD ini sangat efisien karena mudah diprogram, konsumsi dayanya kecil, dan mampu menampilkan karakter alfanumerik dengan jelas meskipun dalam kondisi pencahayaan rendah berkat backlight terintegrasi.
15. MOSFET IRLZ44N
16. Potensiometer
17. Resistor
Resistor merupakan komponen Elektronika Pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur besarnya arus yang mengalir dalam rangkaian.
Spesifikasi Resistor yang digunakan:
Resistor 10k
Data sheet resistor:
18. Jumper
Kabel jumper digunakan untuk menghubungkan seluruh komponen dalam rangkaian, baik pada breadboard maupun modul STM32. Kabel ini memungkinkan penyusunan rangkaian secara fleksibel dan rapi, serta mempermudah proses debugging sistem.
3. Dasar Teori [Kembali]
1. LED
LED merupakan sebuah komponen yang menghasilkan cahaya monokromatik ketika diberi tegangan. LED terbuat dari semikonduktor dan perbedaan warna yang dihasilkan disebabkan perbedaan bahan semikonduktor yang digunakan.
LED merupakan keluarga dari Dioda yang terbuat dari Semikonduktor. Cara kerjanya pun hampir sama dengan Dioda yang memiliki dua kutub yaitu kutub Positif (P) dan Kutub Negatif (N). LED hanya akan memancarkan cahaya apabila dialiri tegangan maju (bias forward) dari Anoda menuju ke Katoda.
LED terdiri dari sebuah chip semikonduktor yang di doping sehingga menciptakan junction P dan N. Yang dimaksud dengan proses doping dalam semikonduktor adalah proses untuk menambahkan ketidakmurnian (impurity) pada semikonduktor yang murni sehingga menghasilkan karakteristik kelistrikan yang diinginkan. Ketika LED dialiri tegangan maju atau bias forward yaitu dari Anoda (P) menuju ke Katoda (K), Kelebihan Elektron pada N-Type material akan berpindah ke wilayah yang kelebihan Hole (lubang) yaitu wilayah yang bermuatan positif (P-Type material). Saat Elektron berjumpa dengan Hole akan melepaskan photon dan memancarkan cahaya monokromatik (satu warna).
Mikrokontroler STM32 merupakan keluarga mikrokontroler 32-bit berbasis arsitektur ARM Cortex-M yang dikembangkan oleh STMicroelectronics dan dirancang khusus untuk aplikasi embedded yang menuntut performa tinggi, efisiensi energi, serta kelengkapan periferal. Salah satu varian yang paling banyak digunakan adalah STM32F103C8T6 yang umumnya ditemui dalam modul Bluepill. Mikrokontroler ini menggunakan inti prosesor ARM Cortex-M3 dengan arsitektur Harvard dan pipeline tiga tingkat sehingga mampu bekerja pada frekuensi hingga 72 MHz. Dengan memori Flash sebesar 64 KB dan SRAM 20 KB, STM32 mampu menjalankan program yang cukup kompleks dan melakukan pengolahan data secara cepat dalam berbagai aplikasi kontrol dan monitoring.
Secara internal, STM32 dilengkapi beragam periferal yang menjadikannya sangat fleksibel untuk berbagai kebutuhan sistem. Mikrokontroler ini memiliki modul ADC (Analog-to-Digital Converter) 12-bit yang berfungsi untuk mengubah sinyal analog menjadi data digital. Selain itu, terdapat timer presisi yang mendukung fungsi input capture, output compare, dan PWM (Pulse Width Modulation), sehingga sangat berguna untuk pengendalian motor, aktuator, serta pembentukan sinyal dengan frekuensi tertentu. Fasilitas komunikasi seperti UART, I2C, dan SPI juga tersedia untuk mempermudah interaksi mikrokontroler dengan sensor, modul komunikasi, atau perangkat eksternal lainnya. Tidak hanya itu, STM32 juga mendukung fitur External Interrupt (EXTI) yang memungkinkan mikrokontroler merespon sinyal eksternal secara cepat, misalnya dari sensor berbasis pulsa atau perubahan kondisi pada input digital.
Prinsip Kerja STM32
Prinsip kerja STM32 secara umum adalah menerima input, memproses data melalui unit pemrosesan utama (Cortex-M3), lalu menghasilkan output sesuai instruksi yang tertanam dalam program. Proses dimulai ketika mikrokontroler diberi catu daya, kemudian melakukan proses inisialisasi perangkat keras, menjalankan rutin startup, dan akhirnya masuk ke program utama (main loop). Pada saat berjalan, STM32 membaca data dari pin-pin GPIO baik secara digital maupun analog melalui ADC. Data yang diterima kemudian diproses menggunakan algoritma yang ditulis pengguna, misalnya penghitungan, pembandingan, filtering, atau logika keputusan. Hasil pemrosesan tersebut selanjutnya dikirimkan kembali ke dunia luar berupa sinyal output digital, PWM, komunikasi serial, atau instruksi pengendalian perangkat eksternal seperti motor, pompa, atau indikator.
Selain prinsip kerja dasar, STM32 bekerja secara optimal berkat sistem manajemen interrupt yang efisien. Ketika terjadi perubahan pada pin tertentu, seperti pulsa dari sensor atau sinyal trigger lainnya, modul NVIC (Nested Vectored Interrupt Controller) akan mengatur prioritas interrupt sehingga mikrokontroler dapat merespon kejadian tertentu meskipun sedang menjalankan proses lain. Hal ini memungkinkan STM32 bekerja secara real-time dan sangat cocok digunakan pada sistem kendali otomatis yang membutuhkan waktu respon cepat. Di sisi lain, timer internal juga membantu STM32 menghasilkan sinyal PWM untuk keperluan pengendalian kecepatan motor, durasi pengaktifan pompa, atau pembentukan sinyal dengan presisi waktu tertentu.
Karakteristik Umum STM32
Secara umum, STM32 memiliki beberapa karakteristik penting yang membuatnya unggul dibanding mikrokontroler 8-bit seperti AVR:
- Prosesor 32-bit dengan clock tinggi, mendukung pengolahan data dan eksekusi instruksi yang lebih cepat.
- Konsumsi daya rendah, sehingga cocok untuk aplikasi portabel maupun sistem yang berjalan dalam waktu lama.
- GPIO yang serbaguna, dapat digunakan sebagai input digital, output digital, fungsi PWM, komunikasi serial, dan interrupt.
- Dukungan periferal lengkap, termasuk ADC resolusi tinggi, berbagai protokol komunikasi, dan timer multifungsi.
- Lingkungan pemrograman modern, seperti STM32CubeIDE dengan library HAL untuk mempermudah konfigurasi perangkat keras.
Peran STM32 dalam Sistem Elektronik
Dalam perancangan sistem elektronik modern, STM32 memegang peranan sebagai pusat kendali yang menangani akuisisi data sensor, pengolahan sinyal, serta pengendalian aktuator. Struktur internal yang terorganisir dan fasilitas interfacing yang lengkap membuat STM32 dapat digunakan di berbagai aplikasi, mulai dari sistem irigasi pintar, robotika, pengendalian motor, perangkat IoT, instrumentasi, hingga sistem industri berskala menengah. Dengan kemampuan pemrosesan yang cepat, manajemen interrupt yang efisien, serta konsumsi daya yang rendah, STM32 menjadi salah satu platform mikrokontroler yang paling andal dan banyak digunakan dalam pengembangan sistem tertanam.
3. Water flow Sensor
Spesifikasi sensor pada sensor gDN50 dalah sebagai berikut:
Output dari sensor adalah sinyal digital berbentuk pulsa square wave dengan level tegangan sekitar >4.5 V untuk HIGH dan <0.5 V untuk LOW (berdasarkan tabel spesifikasi). Artinya, pada kondisi tanpa aliran air, output akan tetap LOW atau menghasilkan pulsa sangat sedikit. Saat ada aliran, semakin besar laju aliran, semakin cepat rotor berputar, sehingga semakin banyak pulsa per detik yang keluar dari pin output. Rentang aliran yang dapat diukur adalah 10–300 L/menit dengan akurasi ±3%, dan tingkat duty cycle pulsa berkisar 50±10%. Sensor ini menggunakan tegangan kerja 5–18 V, tetapi operasi umum adalah 5V dengan konsumsi sekitar 15 mA, sehingga kompatibel untuk digunakan dengan mikrokontroler seperti Arduino.
a. Struktur Fisik Sensor
Sensor YF-DN01 umumnya terdiri dari tiga bagian utama:
Housing / body sensor
Terbuat dari plastik tahan air dengan ulir penghubung ke pipa atau selang. Diameter standar yang umum ditemui adalah DN10 atau DN20, disesuaikan dengan kebutuhan aliran.
Rotor (impeller) dengan magnet
Di dalam saluran sensor terdapat baling-baling kecil yang akan berputar ketika air mengalir. Pada salah satu bilah rotor tertanam magnet permanen kecil sebagai elemen pemicu sinyal.
Sensor Hall Effect
Dipasang di bagian atas ruang rotor. Ketika magnet pada baling-baling mendekati Hall sensor, medan magnet terdeteksi dan sensor menghasilkan sinyal pulsa.
Sensor YF-DN01 umumnya terdiri dari tiga bagian utama:
Housing / body sensor
Terbuat dari plastik tahan air dengan ulir penghubung ke pipa atau selang. Diameter standar yang umum ditemui adalah DN10 atau DN20, disesuaikan dengan kebutuhan aliran.Rotor (impeller) dengan magnet
Di dalam saluran sensor terdapat baling-baling kecil yang akan berputar ketika air mengalir. Pada salah satu bilah rotor tertanam magnet permanen kecil sebagai elemen pemicu sinyal.Sensor Hall Effect
Dipasang di bagian atas ruang rotor. Ketika magnet pada baling-baling mendekati Hall sensor, medan magnet terdeteksi dan sensor menghasilkan sinyal pulsa.
b. Prinsip Kerja
Prinsip kerja YF-DN01 didasarkan pada hubungan antara kecepatan aliran fluida dan kecepatan rotasi baling-baling. Prosesnya sebagai berikut:
Ketika air mengalir melalui sensor, tekanan aliran akan memutar baling-baling.
Magnet pada bilah rotor ikut berputar dan melewati area deteksi sensor Hall.
Setiap kali magnet lewat, Hall sensor berubah keadaan (on/off) dan menghasilkan pulsa logika digital.
Jumlah pulsa yang dihitung per satuan waktu sebanding dengan debit aliran air.
Pulsa ini diteruskan ke mikrokontroler (seperti Arduino) untuk dihitung dan dikonversi menjadi satuan aliran, misalnya liter/menit.
Produsen umumnya memberikan persamaan kalibrasi, misalnya:
Q (L/min) = k × F
di mana:
Q = debit aliran (liter per menit),
F = frekuensi pulsa (Hz),
k = konstanta kalibrasi sensor (sekitar 0.25 sampai 7.5 tergantung model).
Selain debit, total volume dapat diketahui dengan menjumlahkan pulsa seiring waktu:
Volume (L) = jumlah pulsa ÷ pulsa per liter
Prinsip kerja YF-DN01 didasarkan pada hubungan antara kecepatan aliran fluida dan kecepatan rotasi baling-baling. Prosesnya sebagai berikut:
Ketika air mengalir melalui sensor, tekanan aliran akan memutar baling-baling.
Magnet pada bilah rotor ikut berputar dan melewati area deteksi sensor Hall.
Setiap kali magnet lewat, Hall sensor berubah keadaan (on/off) dan menghasilkan pulsa logika digital.
Jumlah pulsa yang dihitung per satuan waktu sebanding dengan debit aliran air.
Pulsa ini diteruskan ke mikrokontroler (seperti Arduino) untuk dihitung dan dikonversi menjadi satuan aliran, misalnya liter/menit.
Produsen umumnya memberikan persamaan kalibrasi, misalnya:
Q (L/min) = k × F
di mana:
Q = debit aliran (liter per menit),
F = frekuensi pulsa (Hz),
k = konstanta kalibrasi sensor (sekitar 0.25 sampai 7.5 tergantung model).
Selain debit, total volume dapat diketahui dengan menjumlahkan pulsa seiring waktu:
Volume (L) = jumlah pulsa ÷ pulsa per liter
c. Sinyal Keluaran dan Pengolahan Data
Sensor ini bekerja pada tegangan 5 V dan menghasilkan sinyal digital berbentuk gelombang kotak. Pulsa dihitung menggunakan:
Interrupt (interrupt-on-change) pada mikrokontroler
Counter timer untuk menghitung frekuensi
Perhitungan volume total dilakukan dengan mengintegrasikan debit terhadap waktu, misalnya:
Volume = ∫ debit dt
Dalam sistem digital sederhana, volume dihitung dari jumlah total pulsa dibagi faktor kalibrasi tertentu.
Grafik respons dari flowmeter:
Sensor ini bekerja pada tegangan 5 V dan menghasilkan sinyal digital berbentuk gelombang kotak. Pulsa dihitung menggunakan:
Interrupt (interrupt-on-change) pada mikrokontroler
Counter timer untuk menghitung frekuensi
Perhitungan volume total dilakukan dengan mengintegrasikan debit terhadap waktu, misalnya:
Volume = ∫ debit dt
Dalam sistem digital sederhana, volume dihitung dari jumlah total pulsa dibagi faktor kalibrasi tertentu.
Grafik respons dari flowmeter:
d. Kelebihan dan Karakteristik
Sensor YF-DN01 memiliki beberapa kelebihan:
Biaya murah dan mudah digunakan
Keluaran digital sederhana, tidak membutuhkan ADC
Akurasi cukup baik untuk aplikasi monitoring harian
Konsumsi daya rendah
Dapat digunakan untuk kontrol otomatis berbasis mikrokontroler
Namun karena struktur mekanik, sensor ini dapat mengalami penyimpangan akibat:
Busa atau udara dalam aliran
Kotoran yang menghambat rotor
Ketidakteraturan tekanan aliran
Sehingga pemeliharaan kebersihan saluran menjadi penting untuk menjaga keakuratan.
Sensor YF-DN01 memiliki beberapa kelebihan:
Biaya murah dan mudah digunakan
Keluaran digital sederhana, tidak membutuhkan ADC
Akurasi cukup baik untuk aplikasi monitoring harian
Konsumsi daya rendah
Dapat digunakan untuk kontrol otomatis berbasis mikrokontroler
Namun karena struktur mekanik, sensor ini dapat mengalami penyimpangan akibat:
Busa atau udara dalam aliran
Kotoran yang menghambat rotor
Ketidakteraturan tekanan aliran
Sehingga pemeliharaan kebersihan saluran menjadi penting untuk menjaga keakuratan.
e. Aplikasi Sensor
Flow meter YF-DN01 banyak digunakan pada:
Sistem kontrol pompa otomatis
Dispenser atau kompor air
Sistem irigasi tanaman
Monitoring debit air pada smart home atau IoT
Pengukuran konsumsi cairan pada eksperimen laboratorium
Flow meter YF-DN01 banyak digunakan pada:
Sistem kontrol pompa otomatis
Dispenser atau kompor air
Sistem irigasi tanaman
Monitoring debit air pada smart home atau IoT
Pengukuran konsumsi cairan pada eksperimen laboratorium
4. Sensor Pir
- Fresnel Lens -->Lensa Fresnel pertama kali digunakan pada tahun 1980an. Digunakan sebagai lensa yang memfokuskan sinar pada lampu mercusuar. Penggunaan paling luas pada lensa Fresnel adalah pada lampu depan mobil, di mana mereka membiarkan berkas parallel secara kasar dari pemantul parabola dibentuk untuk memenuhi persyaratan pola sorotan utama.
- IR Filter -->IR Filter dimodul sensor PIR ini mampu menyaring panjang gelombang sinar infrared pasif antara 8 sampai 14 mikrometer, sehingga panjang gelombang yang dihasilkan dari tubuh manusia yang berkisar antara 9 sampai 10 mikrometer ini saja yang dapat dideteksi oleh sensor. Sehingga Sensor PIR hanya bereaksi pada tubuh manusia saja.
- Pyroelectric Sensor -->Seperti tubuh manusia yang memiliki suhu tubuh kira-kira 32 derajat celcius, yang merupakan suhu panas yang khas yang terdapat pada lingkungan. Pancaran sinar inframerah inilah yang kemudian ditangkap oleh Pyroelectric sensor yang merupakan inti dari sensor PIR ini sehingga menyebabkan Pyroelectic sensor yang terdiri dari galium nitrida, caesium nitrat dan litium tantalate menghasilkan arus listrik.
- Amplifier -->Sebuah sirkuit amplifier yang ada menguatkan arus yang masuk pada material pyroelectric.
- Komparator-->Setelah dikuatkan oleh amplifier kemudian arus dibandingkan oleh komparator sehingga mengahasilkan output.
Resistor merupakan komponen pasif yang memiliki nilai resistansi tertentu dan berfungsi untuk menghambat jumlah arus listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian. Resistor dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis, diantaranya resistor nilai tetap (fixed resistor), resistor variabel (variabel resistor), thermistor, dan LDR.
Cara membaca nilai resistor
Cara menghitung nilai resistansi resistor dengan gelang warna :
1. Masukan angka langsung dari kode warna gelang pertama.
2. Masukan angka langsung dari kode warna gelang kedua.
3. Masukan angka langsung dari kode warna gelang ketiga.
4. Masukkan jumlah nol dari kode warna gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10^n).
5. Gelang terakhir merupakan nilai toleransi dari resistor
Rumus:
Sensor DHT22 bekerja dengan menggunakan dua elemen utama, yaitu sensor kelembaban tipe kapasitif dan sensor suhu berbasis termistor. Pada bagian pengukur kelembaban, terdapat dua elektroda konduktif yang dipisahkan oleh bahan polimer higroskopis. Ketika kelembaban udara di sekitar sensor berubah, bahan polimer tersebut menyerap atau melepaskan molekul uap air, sehingga nilai kapasitansi di antara elektroda juga berubah. Perubahan kapasitansi ini kemudian dikonversi oleh rangkaian internal menjadi nilai digital yang merepresentasikan persentase kelembaban relatif (%RH). Sementara itu, pengukuran suhu dilakukan oleh termistor NTC (Negative Temperature Coefficient), di mana resistansinya menurun seiring meningkatnya suhu. Mikrokontroler internal pada DHT22 membaca perubahan resistansi termistor dan mengubahnya menjadi data digital suhu. Setelah kedua nilai (suhu dan kelembapan) diproses, sensor mengirimkan data ke mikrokontroler eksternal melalui satu jalur komunikasi digital menggunakan protokol single-wire. Sensor hanya dapat memberikan pembacaan baru setiap sekitar dua detik karena adanya waktu pemrosesan internal.
Tegangan catu daya (Supply Voltage / VCC): 3.3 V – 6 V DC
Interface / Output: Sinyal digital via single-bus (one-wire / single-wire bus)
Rentang pengukuran Suhu (Temperature): –40 °C sampai +80 °C
Resolusi Suhu: 0.1 °C
Akurasi Suhu: ± 0.5 °C
Rentang pengukuran Kelembapan (Humidity): 0% RH sampai 100% RH
Resolusi Kelembapan: 0.1% RH
Akurasi Kelembapan: ± 2% RH (pada 25 °C)
Interval Pembacaan / Sampling Period: sekitar 2 detik per pembacaan
Konsumsi Arus: ~ 0.3 mA saat pengukuran; ~ 60 µA saat standby
Jumlah Pin / Pinout: 4-pin (VCC, DATA, NC, GND) — pada modul biasanya 3-pin (VCC, DATA, GND) karena pin NC tidak digunakan.
Stabilitas Jangka Panjang: drift kelembapan ≤ ± 0.5% RH per tahun
7. NTC thermistor
NTC thermistor merupakan resistor yang nilai resistansinya berubah terhadap suhu. Thermistor ini tersusun dari semikonduktor. Ketika suhu thermistor naik, maka resistansinya akan menurun. Hal ini dijelaskan melalui grafik berikut:
Sensor pH bekerja berdasarkan prinsip elektrokimia yang menggunakan elektroda gelas (glass electrode) untuk mendeteksi konsentrasi ion Hidrogen (H⁺) dalam larutan. Elemen utama sensor terdiri dari dua bagian, yaitu elektrode referensi dengan potensial tetap dan elektrode pengukur yang sensitif terhadap ion H⁺. Permukaan elektrode gelas memiliki lapisan tipis yang mengalami pertukaran ion ketika kontak dengan larutan. Ketika konsentrasi ion Hidrogen dalam larutan berubah, terjadi perbedaan potensial listrik antara elektrode pengukur dan elektrode referensi. Selisih potensial ini mengikuti persamaan Nernst, yaitu tegangan berubah secara logaritmik terhadap nilai pH larutan. Mikrokontroler atau modul pembaca internal kemudian mengubah tegangan analog tersebut menjadi nilai pH yang ditampilkan. Semakin tinggi konsentrasi ion H⁺ maka nilai pH semakin rendah (asam), sedangkan semakin rendah konsentrasi ion H⁺ maka pH meningkat (basa). Sensor pH biasanya memerlukan proses kalibrasi menggunakan larutan buffer standar (pH 4.00, pH 7.00, dan pH 10.00) untuk memastikan akurasi pembacaan dalam aplikasi pengukuran.
Spesifikasi
Rentang pH yang dapat diukur 0 – 14 pH
Supply Tegangan Modul (VCC) 3.3 – 5.5 V DC
Output Sinyal Modul Tegangan analog 0 – ~3.0 V (setara pH 0–14 setelah kalibrasi)
Akurasi (pH, pada 25 °C) ± 0.1 pH
Rentang Suhu Operasi Probe / Modul Probe: 5 – 60 °C
Response Time (respon terhadap perubahan larutan) < 2 menit (beberapa dokumen ≤ 1
Connector Probe BNC connector (probe ke modul) + interface PH2.0-3P ke controller
Board Modul (Signal Conversion Board) Ukuran ~ 42 mm × 32 mm
Internal Resistance Probe < 250 MΩ
Zero Point (Kalibrasi pH 7) ± 0.5 pH toleransi pada titik netral
Skala pH diturunkan dari persamaan:
pH = –log [H⁺]
Artinya semakin banyak ion hidrogen dalam larutan, semakin rendah nilai pH-nya. Karena sifat logaritmik, perubahan satu unit pH mewakili perubahan sepuluh kali lipat konsentrasi ion H⁺.
Sensor pH umum dikenal sebagai elektroda gelas pH, terdiri dari:
Electrode sensing (glass electrode): elektroda khusus yang sensitif terhadap ion H⁺. Permukaannya berupa membran kaca tipis yang menimbulkan tegangan ketika terkena larutan dengan aktivitas ion H⁺ tertentu.
Electrode referensi: elektroda pembanding dengan potensial stabil (biasanya Ag/AgCl dalam larutan KCl), berada dalam ruang tertutup yang terhubung ke larutan melalui junction atau pori semipermeabel.
Kedua elektroda ini membentuk sistem pengukuran diferensial. Tegangan keluaran sensor berkisar sekitar –414 mV hingga +414 mV pada rentang pH 0–14.
Prinsip kerja sensor pH mengikuti hukum Nernst, di mana membran kaca menimbulkan potensial listrik sebagai fungsi aktivitas ion hidrogen di permukaan elektroda. Ketika elektroda sensing dicelupkan dalam larutan, permukaan membrannya berinteraksi dengan ion H⁺ dan menghasilkan tegangan tertentu. Tegangan ini dibandingkan dengan elektroda referensi sehingga menghasilkan sinyal output.
Persamaan tegangan sensor ideal:
E = E₀ + (2.303 RT / nF) × pH
Pada suhu 25°C, sensitivitas teorinya sekitar 59 mV per perubahan 1 satuan pH.
Dengan demikian, nilai pH dihitung dari perbandingan antara tegangan yang dihasilkan elektroda dan karakteristik sensor yang diperoleh melalui kalibrasi.
Karena tegangan keluaran sangat kecil dan impedansinya tinggi (hingga ratusan megaohm), sistem pembacaan pH memerlukan:
Penguat impedansi tinggi (instrumentation amplifier / elektrometer),
Filter untuk mengurangi noise,
Kalibrasi dua titik (pH 4 dan pH 7 atau pH 7 dan pH 10),
Kompensasi suhu karena sensitivitas tergantung suhu.
Unit pH meter komersial biasanya mengintegrasikan sensor dan rangkaian pengolahan sinyal.
berikut merupakan grafik respon sensor pH:
Grafik tersebut menunjukkan hubungan antara tegangan keluaran sensor pH (dalam satuan milivolt) dengan nilai pH larutan. Kurva tampak menurun dari kiri ke kanan, yang berarti semakin tinggi tegangan positif yang dihasilkan sensor, semakin rendah nilai pH atau semakin asam larutan tersebut. Sebaliknya, semakin negatif tegangan keluarannya, semakin tinggi nilai pH yang menunjukkan larutan bersifat basa. Bentuk kurva yang sedikit melengkung mencerminkan kenyataan bahwa karakteristik sensor pH tidak sepenuhnya linier, sehingga diperlukan pemodelan atau kalibrasi untuk mengubah tegangan menjadi nilai pH yang akurat. Grafik ini pada dasarnya menggambarkan prinsip kerja sensor pH, yaitu mengubah fenomena kimia berupa konsentrasi ion hidrogen menjadi sinyal listrik yang dapat dibaca sistem elektronik, serta menjelaskan bagaimana sensor digunakan dalam monitoring kualitas air seperti pada sistem hidroponik atau pengolahan air.
Pada dasarnya bagian-bagian penting dalam Komponen Potensiometer adalah :
1. Penyapu atau disebut juga dengan Wiper
2. Element Resistif
3. Terminal
Jenis-jenis Potensiometer
- Potensiometer Slider, yaitu Potensiometer yang nilai resistansinya dapat diatur dengan cara menggeserkan Wiper-nya dari kiri ke kanan atau dari bawah ke atas sesuai dengan pemasangannya. Biasanya menggunakan Ibu Jari untuk menggeser wiper-nya.
- Potensiometer Rotary, yaitu Potensiometer yang nilai resistansinya dapat diatur dengan cara memutarkan Wiper-nya sepanjang lintasan yang melingkar. Biasanya menggunakan Ibu Jari untuk memutar wiper tersebut. Oleh karena itu, Potensiometer Rotary sering disebut juga dengan Thumbwheel Potentiometer.
- Potensiometer Trimmer, yaitu Potensiometer yang bentuknya kecil dan harus menggunakan alat khusus seperti Obeng (screwdriver) untuk memutarnya. Potensiometer Trimmer ini biasanya dipasangkan di PCB dan jarang dilakukan pengaturannya.
Fungsi-fungsi Potensiometer
1. Sebagai pengatur Volume pada berbagai peralatan Audio/Video seperti Amplifier, Tape Mobil, DVD Player.
2. Sebagai Pengatur Tegangan pada Rangkaian Power Supply
3. Sebagai Pembagi Tegangan
4. Aplikasi Switch TRIAC
5. Digunakan sebagai Joystick pada Tranduser
6. Sebagai Pengendali Level Sinyal
Sensor turbidity bekerja dengan memanfaatkan prinsip optik hamburan cahaya (light scattering) untuk mengukur tingkat kekeruhan air berdasarkan jumlah partikel tersuspensi di dalamnya. Di dalam sensor terdapat sumber cahaya, umumnya LED inframerah, yang memancarkan cahaya melalui sampel air. Saat cahaya melewati air, partikel padatan melayang (suspended solids) akan menyebabkan hamburan, penyerapan, atau perubahan arah cahaya. Sebuah fotodetektor (photodiode atau phototransistor) ditempatkan pada sudut tertentu terhadap sumber cahaya untuk mendeteksi intensitas cahaya yang tersebar. Semakin keruh air, semakin banyak cahaya yang terhambur dan terdeteksi oleh sensor. Perubahan intensitas ini diubah menjadi sinyal analog yang sebanding dengan tingkat kekeruhan air, yang umumnya dinyatakan dalam satuan NTU (Nephelometric Turbidity Unit). Nilai sensor kemudian diproses oleh rangkaian elektronik internal atau mikrokontroler sehingga dapat dikonversi menjadi data digital dan ditampilkan sebagai tingkat turbidity atau kualitas air.
Baterai adalah perangkat yang terdiri dari satu atau lebih sel elektrokimia dengan koneksi eksternal yang disediakan untuk memberi daya pada perangkat listrik seperti senter, ponsel, dan mobil listrik. Ketika baterai memasok daya listrik, terminal positifnya adalah katode dan terminal negatifnya adalah anoda. Terminal bertanda negatif adalah sumber elektron yang akan mengalir melalui rangkaian listrik eksternal ke terminal positif. Ketika baterai dihubungkan ke beban listrik eksternal, reaksi redoks mengubah reaktan berenergi tinggi ke produk berenergi lebih rendah, dan perbedaan energi-bebas dikirim ke sirkuit eksternal sebagai energi listrik. Secara historis istilah "baterai" secara khusus mengacu pada perangkat yang terdiri dari beberapa sel, namun penggunaannya telah berkembang untuk memasukkan perangkat yang terdiri dari satu sel.
Prinsip operasi
Baterai mengubah energi kimia lansung menjadi energi listrik. Baterai terdiri dari sejumlah sel volta. Tiap sel terdiri dari 2 sel setengah yang terhubung seri melalui elektrolit konduktif yang berisi anion dan kation. Satu sel setengah termasuk elektrolit dan elektrode negatif, elektrode yang di mana anion berpindah; sel-setengah lainnya termasuk elektrolit dan elektrode positif di mana kation berpindah. Reaksi redoks akan mengisi ulang baterai. Kation akan tereduksi (elektron akan bertambah) di katode ketika pengisian, sedangkan anion akan teroksidasi (elektron hilang) di anode ketika pengisian. Ketika digunakan, proses ini dibalik. Elektrodanya tidak bersentuhan satu sama lain, tetapi terhubung via elektrolit. Beberapa sel menggunakan elektrolit yang berbeda untuk tiap sel setengah. Sebuah separator dapat membuat ion mengalir di antara sel-setengah dan bisa menghindari pencampuran elektrolit
13. Buzzer
Buzzer merupakan sebuah komponen elektronika yang berfungsi untuk mengkonversikan getaran listrik menjadi getaran suara.Pada dasarnya prinsip kerja Buzzer hampir sama dengan loud speaker, jadi Buzzer juga terdiri dari lilitan yang terpasang pada diafragma dan kemudian lilitan tersebut dialiri arus sehingga menjadi elektromagnet, lilitan ini akan tertarik ke dalam atau keluar, tergantung dari arah arus dan polaritas magnetnya, karena kumparan dipasang pada diafragma maka setiap gerakan kumparan akan menggerakkan diafragma secara bolak balik sehingga membuat udara bergetar yang akan menghasilkan suara
14. Ground
Ground berfungsi sebagai penghantar arus listrik langsung ke bumi atau tanah saat terjadi kebocoran isolasi atau percikan api pada konsleting.
LCD (Liquid Crystal Display) bekerja dengan memanfaatkan sifat kristal cair yang dapat berubah orientasi ketika diberi tegangan listrik. Kristal cair ini ditempatkan di antara dua lapisan kaca yang dilapisi material polarizer. Ketika tidak ada tegangan, orientasi molekul LCD memungkinkan cahaya dari backlight melewati polarizer sehingga tampilan terlihat terang. Namun, ketika tegangan diberikan pada segmen tertentu, molekul kristal cair berubah orientasi sehingga cahaya tidak dapat menerobos polarizer dan area tersebut tampak gelap. Proses ini digunakan untuk membentuk angka, huruf, atau grafik pada layar. Untuk mengontrol tampilan, LCD membutuhkan sinyal digital atau serial dari mikrokontroler dan umumnya dilengkapi dengan IC controller seperti HD44780 pada LCD karakter atau ILI9341 pada LCD grafis. LCD juga dapat digunakan dengan atau tanpa backlight tergantung kebutuhan aplikasi.
Matriks tiap karakter 5 × 8 dot (pixel )
Controller / Driver IC HD44780 atau kompatibel
Tegangan catu daya (VCC, logic) 4.5 V – 5.5 V (umumnya 5 V)
Tegangan untuk LCD (V0 / contrast) sekitar 3.0 V – ~13 V (bergantung modul)
Arus operasi (tanpa backlight) ~1–3 mA
Arus backlight (jika ada) Tergantung modul/backlight; sebagian besar LED backlight pakai arus lebih besar (lihat modul)
Suhu operasi ~ 0 °C sampai +50 °C (beberapa modul sampai –20 °C s/d +70 °C)
Interface / Komunikasi Paralel 8-bit atau 4-bit (HD44780 standard)
Dimensi modul (umum) ~ 80 mm × 36 mm × ~10–13 mm
Area tampilan (visible) ~ 64.5 mm × 14–16 mm
4. Percobaan [Kembali]
1. Siapkan semua alat dan bahan yang diperlukan
2. Disarankan agar membaca datasheet setiap komponen
3. Cari komponen yang diperlukan di library proteus
4. Rangkailah Rangkaian sesuai dengan gambar dibawah
5. jika ingin mensimulasikan jangan lupa masukkan libarary sensor sensor touch
6. Coba dijalankan rangkaian apabila ouput hidup/berputar (motor dc) maka rangkaian bisa digunakan
C. Prinsip Kerja
5. Video [Kembali]
6. Link Download [Kembali]
Rangkaian
.jpeg){kind=link}
Komentar
Posting Komentar