SISTEM KONTROL PENYIMPANAN JAGUNG OTOMATIS
FRANSISCUS ASISI ANDHIKA DARMAWAN 2210951014
SALMA SALSABILA 2210952002
MUHAMMAD ADRIYAN 2210953018
Jagung merupakan salah satu komoditas pertanian penting yang memerlukan penanganan pasca panen yang tepat untuk menjaga kualitas dan mencegah kerugian. Kualitas jagung setelah panen sangat dipengaruhi oleh kondisi lingkungan penyimpanan, seperti suhu, kelembapan, dan paparan cahaya. Penyimpanan yang tidak optimal dapat menyebabkan pertumbuhan jamur, serangan hama, penurunan nutrisi, hingga kerugian finansial bagi petani.
Di banyak fasilitas penyimpanan jagung skala kecil, seringkali belum terdapat sistem monitoring dan kontrol lingkungan yang otomatis. Petani masih mengandalkan metode tradisional yang kurang efisien dan rentan terhadap perubahan cuaca. Hal ini dapat menyebabkan penurunan kualitas jagung secara signifikan dan membatasi potensi pasar.
Untuk menjaga kualitas jagung selama masa penyimpanan, pemantauan parameter lingkungan seperti suhu, kelembapan, dan intensitas cahaya menjadi sangat penting. Berbagai studi menunjukkan bahwa suhu dan kelembapan memiliki pengaruh langsung terhadap viabilitas biji jagung, pertumbuhan jamur, serta aktivitas hama penyimpanan. Menurut Rahmawati dan Aqil (2020), suhu dan kelembapan yang tinggi dapat mempercepat penurunan mutu jagung serta meningkatkan risiko kontaminasi mikroba selama penyimpanan. Studi lain dari Lin et al. (2023) menyebutkan bahwa pada suhu 25–30 °C dan kelembapan relatif di atas 70%, risiko pertumbuhan jamur Aspergillus dan degradasi nutrisi jagung meningkat secara signifikan. Selain itu, paparan cahaya berlebih juga dapat berdampak negatif pada kualitas visual jagung, seperti perubahan warna dan penurunan nilai jual, sebagaimana dijelaskan oleh Sharma et al. (2025) dalam penelitian mengenai degradasi kualitas jagung akibat pengeringan dan penyimpanan di ruang terbuka. Oleh karena itu, pemilihan parameter suhu, kelembapan, dan intensitas cahaya sebagai dasar pengendalian otomatis dalam sistem penyimpanan jagung berbasis mikrokontroler merupakan langkah yang tepat dan didukung oleh landasan ilmiah yang kuat.
Dalam era pertanian modern yang menekankan pada efisiensi dan keberlanjutan, penggunaan teknologi berbasis mikrokontroler menjadi solusi yang dapat menjawab tantangan tersebut. Dengan memanfaatkan berbagai sensor, seperti sensor suhu dan kelembapan DHT22, sensor cahaya BH1750, dan sensor inframerah (IR Obstacle Sensor) yang terintegrasi ke dalam sistem mikrokontroler Raspberry Pi Pico, kondisi lingkungan penyimpanan jagung dapat dipantau secara otomatis dan real-time.
Lebih dari itu, sistem juga dapat dihubungkan dengan aktuator seperti motor untuk menggerakkan kipas ventilasi, serta lampu pijar pemanas yang dikontrol oleh relay. Ini memungkinkan sistem untuk secara otomatis menyesuaikan kondisi lingkungan (menyalakan pemanas, atau mengatur ventilasi) jika kualitas lingkungan penyimpanan berada di luar batas aman yang optimal untuk jagung.
Penerapan sistem ini sangat relevan bagi industri pertanian skala kecil yang umumnya memiliki keterbatasan biaya, tenaga kerja, dan akses terhadap teknologi canggih. Dengan sistem yang sederhana namun efektif, petani dapat menjaga kualitas jagung pasca panen, meminimalisir risiko kerusakan, serta meningkatkan nilai jual dan keberlanjutan hasil panen. Oleh karena itu, diperlukan sebuah inovasi berupa Sistem Penyimpanan Jagung Pasca Panen Otomatis, yang tidak hanya mampu mengukur parameter penting lingkungan, tetapi juga dapat mengambil tindakan korektif secara otomatis untuk menjamin kualitas jagung yang disimpan.
TUJUAN
- Merancang dan mengimplementasikan sistem otomatis berbasis Raspberry Pi Pico untuk memantau kondisi lingkungan penyimpanan jagung (suhu, kelembapan,dan intensitas cahaya) secara real-time menggunakan sensor DHT22, BH1750, dan IR Obstacle Sensor.
- Mengembangkan mekanisme pengendalian otomatis yang dapat mengaktifkan aktuator (kipas, lampu pijar pemanas) berdasarkan ambang batas lingkungan yang ditentukan, guna menjaga kondisi optimal untuk penyimpanan jagung pasca panen.
- Mengintegrasikan sistem keamanan (IR Obstacle Sensor) untuk mendeteksi keberadaan manusia dan menampilkan status terkini di display.
- Mengembangkan mekanisme otomatis untuk membuka dan menutup jendela atap guna mengatur sirkulasi udara alami berdasarkan ambang batas suhu, kelembaban dan cahaya, sebagai upaya efisiensi energi.
- Menampilkan informasi kondisi lingkungan dan status aktuator secara real-time melalui OLED.
- Fungsi: Mendeteksi keberadaan dan pergerakan objek.
- Spesifikasi :
Tegangan kerja : 3.3V – 5V DCArus kerja : Sekitar 20 – 50 mAJarak deteksi : 2 cm – 30 cmOutput : Digital (HIGH/LOW)Sudut deteksi : Sekitar 15° – 35° tergantung model sensorKomponen utama : IR LED (pemancar) dan photodiode/phototransistor (penerima)Indikator : LED onboard untuk menunjukkan deteksi objekRespon waktu : < 100 ms (sangat cepat)
3. Sensor Suhu dan Kelembapan DHT22
· Fungsi: Mengukur suhu dan kelembapan udara dalam ruangan penyimpanan.
· Spesifikasi:
Tegangan Catu Daya : 3.3 – 5.0 V DC
Jarak Deteksi : 2 – 30 cm (tergantung permukaan objek)
Tipe Output : Digital (0 dan 1)
Waktu Respon : Cepat (< 2 ms)
Sudut Deteksi : ±35°
Penyesuaian Jarak : Potensiometer (trimpot)
Antarmuka : 3 pin (VCC, GND, OUT)
Konsumsi Arus : ~20 mA
Panjang Gelombang IR : ±940 nm
Ukuran Modul : ±48 x 14 x 8 mm
· Fungsi: Mengukur intensitas cahaya matahari yang masuk ke ruangan.
· Spesifikasi:
Tegangan Catu Daya : 3.0 – 5.0 V DC
Kisaran Pengukuran : 1 – 65.535 lux
Akurasi : ±20%
Resolusi : 1 lux
Antarmuka : I2C (alamat default 0x23 atau 0x5C)
Waktu Konversi : 16 ms (low res), 120 ms (high res)
Jenis Output : Digital
Konsumsi Arus : 0.12 mA (mode aktif), 0.01 µA (mode power-down)
Ukuran Modul : ±18 x 15 mm
· Fungsi: Pemanas tambahan saat suhu tidak mencukupi
· Fungsi: Menampilkan informasi kondisi ruangan.
· Spesifikasi:
Blue backlight : I2C
Display Format : 16 Characters x 4 lines
Supply voltage : 5V
Backlit : Blue with White char color
Supply voltage : 5V
Pcb Size : 60mmx99mm
Contrast Adjust : Potentiometer
Backlight Adjust : Jumper
Menampilkan sebanyak 32 karakter yang terdiri dari 2 baris dan tiap baris dapat menampilkan 16 karakter.
- Fungsi : Kipas fan untuk pendingin berbagai macam keperluan DIY project
- Spesifikasi :
Ukuran : 80 x 80 x 24mmTegangan : 12V DCArus : 0,15A
- Fungsi utamanya:
- Menghubung / memutus arus listrik ke perangkat seperti lampu, kipas, pompa, atau alat lainnya.
- Isolasi listrik antara mikrokontroler (low voltage side) dan perangkat listrik (high voltage side).
- Mengendalikan beban berdaya tinggi (misalnya 220V AC) dari sinyal logika kecil (misalnya 3.3V atau 5V).
- Spesifikasi
| Jumlah Channel | 2 (dapat mengontrol 2 perangkat terpisah) |
| Tegangan kerja modul | 5V DC (sesuai untuk Arduino, Raspberry Pi, dll) |
| Tegangan input sinyal | Biasanya 3.3V – 5V TTL level (cocok dengan GPIO mikrokontroler) |
| Tegangan switching | Hingga 250V AC / 30V DC (tergantung tipe relay) |
| Arus switching | Umumnya hingga 10A |
| Tipe relay | SPDT (Single Pole Double Throw) atau NO/NC (Normally Open / Normally Closed) |
| Opto-isolator (jika ada) | Isolasi antara sinyal kontrol dan jalur tegangan tinggi |
| Indikator LED | Menunjukkan status ON/OFF masing-masing relay |
| Terminal sekrup | Untuk menghubungkan kabel AC/DC beban |
| Ukuran | Modul kecil, cocok untuk pemasangan di breadboard atau panel proyek |
- Fungsi utamanya:
-
Mengubah sinyal kendali menjadi gerakan sudut presisi.
Menjaga posisi sesuai perintah sinyal PWM (Pulse Width Modulation).
-
Memberikan torsi yang cukup kuat untuk aplikasi kecil hingga menengah.
- Spesifikasi :
Tegangan kerja 4.8V – 6V DC (umumnya disuplai dari mikrokontroler atau adaptor) Sudut rotasi Biasanya 0° hingga 180° (kadang 270° atau lebih untuk servo khusus) Kontrol sinyal PWM (Pulse Width Modulation) Lebar pulsa PWM ~1 ms (0°), ~1.5 ms (90°), ~2 ms (180°) dengan periode 20 ms Torsi Bervariasi: misalnya SG90 = 1.8 kg.cm, MG90S = 2.2 kg.cm Kecepatan rotasi Sekitar 0.1 s / 60° (tergantung model dan beban) Gearbox Terdapat roda gigi internal (plastik atau logam) untuk kekuatan Berat dan dimensi Ringan dan kecil (sekitar 10–20 gram) Konektor kabel 3 pin: VCC (merah), GND (coklat/hitam), Signal (oranye/kuning)
Jack pada adaptor, khususnya jack DC, berfungsi sebagai konektor untuk menghubungkan adaptor ke perangkat yang membutuhkan daya.
Mikrokontroller
Mikrokontroler adalah sebuah system microprocessor Dimana didalamnya sudah terdapat CPU, ROM, RAM, I/O, Clock dan peralatan internal lainnya yang sudah saling terhubung dan terorganisasi (teralamati), dikemas dalam satu chip yang siap pakai. Seperti umumnya komputer, mikrokontroler sebagai alat yang mengerjakan perintah-perintah yang diberikan kepadanya.
Pada mikrokontroller seorang programmer dapat memasukkan program ke dalam mikrokontroler sehingga berfungsi sesuai dengan yang diinginkan oleh pengguna. Artinya, bagian terpenting dan utama dari suatu sistem komputerisasi adalah program itu sendiri yang dibuat oleh seorang programmer. Program ini memerintahkan komputer untuk melakukan jalinan yang panjang dari aksi-aksi sederhana untuk melakukan tugas yang lebih kompleks yang diinginkan oleh programmer. Salah satu kelebihan mikrokontroler adalah kesederhanaan dan ukurannya yang relatif kecil.
Mikrokontroller
Mikrokontroler adalah sebuah system microprocessor Dimana didalamnya sudah terdapat CPU, ROM, RAM, I/O, Clock dan peralatan internal lainnya yang sudah saling terhubung dan terorganisasi (teralamati), dikemas dalam satu chip yang siap pakai. Seperti umumnya komputer, mikrokontroler sebagai alat yang mengerjakan perintah-perintah yang diberikan kepadanya.
Pada mikrokontroller seorang programmer dapat memasukkan program ke dalam mikrokontroler sehingga berfungsi sesuai dengan yang diinginkan oleh pengguna. Artinya, bagian terpenting dan utama dari suatu sistem komputerisasi adalah program itu sendiri yang dibuat oleh seorang programmer. Program ini memerintahkan komputer untuk melakukan jalinan yang panjang dari aksi-aksi sederhana untuk melakukan tugas yang lebih kompleks yang diinginkan oleh programmer. Salah satu kelebihan mikrokontroler adalah kesederhanaan dan ukurannya yang relatif kecil.
Gambar 17. Prinsip kerja mikrokontroller
Gambar 18. Struktur dan diagram blok Mikrokontroler
Berikut ini merupakan struktur dan diagram blok mikrokontroler beserta penjelasan tentang bagian-bagian utamanya:
a. CPU
CPU merupakan otak dari mikrokontroler. CPU bertanggung jawab untuk mengolah data dan eksekusi perintah yang masuk.
b. Serial Port (Port Serial)
Serial port menyediakan berbagai antarmuka serial antara mikrokontroler dan periferal lain seperti port paralel.
c. Memori (Penyimpanan)
Memori ini bertugas untuk menyimpan data. Data tersebut merupakan data yang sudah diolah (output) atau data yang belum diolah (input). memori yang umum dipakai adalah Random Access Memory (RAM) dan Read Only Mmemory (ROM).Penyimpanan ini berupa RAM dan ROM. ROM digunakan untuk menyimpan data dalam jangka waktu yang lama. Sedangkan RAM digunakan untuk menyimpan data sementara selama program berjalan sampai akhirnya dipindahkan ke ROM.
d. Port Input/Output Paralel
Port input/output paralel digunakan untuk mendorong atau menghubungkan berbagai perangkat. Kegunaan komponen ini adalah menerima input dari perangkat eksternal dan mengirimkannya ke perangkat pemroses. Nantinya hasil pengolahan data akan dikirimkan output ke perangkat eksternal.
e. DAC (Digital to Analog Converter)
DAC (Digital to Analog Converter) melakukan operasi pembalikan konversi ADC (Analog to Digital Converter). DAC mengubah sinyal digital menjadi format analog. DAC ini biasanya digunakan untuk mengendalikan perangkat analog seperti motor DC dan lain sebagainya.
f. Interrupt Control (Kontrol Interupsi)
Interrupt Control (Kontrol Interupsi) bertugas untuk mengendalikan penundaan terhadap pemrograman mikrokontroler. Bagianinterrupt control (kontrol interupsi) ni dapat dioperasikan secara internal ataupun eksternal.
g. Special Functioning Block (Blok Fungsi Khusus)
Special functioning block merupakan bagian tambahan yang dibuat mempunyai fungsi khusus. Biasanya blok ini ditemukan pada arsitektur mikrokontroler di mesin robotika. Tidak semua perangkat menggunakan bagian ini.
h. Timer and Counter (Pengatur Waktu dan Penghitung)
Timer/counter ini digunakan untuk mengukur waktu dan alat penghitungan. RTC memiliki tugas untuk menyimpan waktu dan tanggal saat proses dilakukan.
2. Analog to Digital Converter (ADC)
ADC adalah suatu metode untuk konversi sinyal analog menjadi sinyal digital. Biasanya sinyal analog yang dikonversi berupa tegangan (Volt) dan dirubah menjadi sinyal digital seperti kode biner 0 dan 1.
ADC atau Analog to Digital Converter merupakan salah satu perangkat elektronika yang digunakan sebagai penghubung dalam pemrosesan sinyal analog oleh sistem digital. Fungsi utama dari fitur ini adalah mengubah sinyal masukan yang masih dalam bentuk sinyal analog menjadi sinyal digital dengan bentuk kode-kode digital. Ada 2 faktor yang perlu diperhatikan pada proses kerja ADC yaitu kecepatan sampling dan resolusi.
Rangkaian ADC memiliki dua karakter prinsip, yaitu kecepatan sampling dan resolusi. Kecepatan sampling suatu ADC menyatakan seberapa sering sinyal analog dikonversikan ke bentuk sinyal digital pada selang waktu tertentu yang dinyatakan dalam sample per second (SPS). Sedangkan resolusi suatu ADC menentukan ketelitian nilai hasil konversi yang berhubungan dengan jumlah bit yang dimilikinya. Sehingga semakin besar jumlah bit suatu ADC makan akan memberikan ketelitian nilai hasil konversi yang lebih baik. Pada Arduino, resolusi yang dimiliki adalah 10bit atau rentang nilai digital antara 0 - 1023. Pada Arduino tegangan referensi yang digunakan adalah 5 volt, hal ini berarti ADC pada Arduino mampu menangani sinyal analog dengan tegangan 0 - 5 volt. Arduino Uno mempunyai 6 pin input analog yang berlabel A0 sampai A5 dimana masingmasing pin tersebut memberikan 10bit resolusi.
3. 3. PWM, ADC, INTERRUPT, & MILLIS
a. PWM
Pulse Width Modulation (PWM) secara umum adalah sebuah cara memanipulasi lebar sinyal yang dinyatakan dengan pulsa dalam suatu perioda, untuk mendapatkan tegangan rata-rata yang berbeda. Satu siklus pulsa merupakan kondisi high kemudian berada di zona transisi ke kondisi low. Lebar pulsa PWM berbanding lurus dengan amplitudo sinyal asli yang belum termodulasi. Duty Cycle adalah perbandingan antara waktu ON (lebar pulsa High) dengan perioda. Duty Cycle biasanya dinyatakan dalam bentuk persen (%).
Gambar 18. Struktur dan diagram blok Mikrokontroler
Berikut ini merupakan struktur dan diagram blok mikrokontroler beserta penjelasan tentang bagian-bagian utamanya:
a. CPU
CPU merupakan otak dari mikrokontroler. CPU bertanggung jawab untuk mengolah data dan eksekusi perintah yang masuk.
b. Serial Port (Port Serial)
Serial port menyediakan berbagai antarmuka serial antara mikrokontroler dan periferal lain seperti port paralel.
c. Memori (Penyimpanan)
Memori ini bertugas untuk menyimpan data. Data tersebut merupakan data yang sudah diolah (output) atau data yang belum diolah (input). memori yang umum dipakai adalah Random Access Memory (RAM) dan Read Only Mmemory (ROM).Penyimpanan ini berupa RAM dan ROM. ROM digunakan untuk menyimpan data dalam jangka waktu yang lama. Sedangkan RAM digunakan untuk menyimpan data sementara selama program berjalan sampai akhirnya dipindahkan ke ROM.
d. Port Input/Output Paralel
Port input/output paralel digunakan untuk mendorong atau menghubungkan berbagai perangkat. Kegunaan komponen ini adalah menerima input dari perangkat eksternal dan mengirimkannya ke perangkat pemroses. Nantinya hasil pengolahan data akan dikirimkan output ke perangkat eksternal.
e. DAC (Digital to Analog Converter)
DAC (Digital to Analog Converter) melakukan operasi pembalikan konversi ADC (Analog to Digital Converter). DAC mengubah sinyal digital menjadi format analog. DAC ini biasanya digunakan untuk mengendalikan perangkat analog seperti motor DC dan lain sebagainya.
f. Interrupt Control (Kontrol Interupsi)
Interrupt Control (Kontrol Interupsi) bertugas untuk mengendalikan penundaan terhadap pemrograman mikrokontroler. Bagianinterrupt control (kontrol interupsi) ni dapat dioperasikan secara internal ataupun eksternal.
g. Special Functioning Block (Blok Fungsi Khusus)
Special functioning block merupakan bagian tambahan yang dibuat mempunyai fungsi khusus. Biasanya blok ini ditemukan pada arsitektur mikrokontroler di mesin robotika. Tidak semua perangkat menggunakan bagian ini.
h. Timer and Counter (Pengatur Waktu dan Penghitung)
Timer/counter ini digunakan untuk mengukur waktu dan alat penghitungan. RTC memiliki tugas untuk menyimpan waktu dan tanggal saat proses dilakukan.
2. Analog to Digital Converter (ADC)
ADC adalah suatu metode untuk konversi sinyal analog menjadi sinyal digital. Biasanya sinyal analog yang dikonversi berupa tegangan (Volt) dan dirubah menjadi sinyal digital seperti kode biner 0 dan 1.
ADC atau Analog to Digital Converter merupakan salah satu perangkat elektronika yang digunakan sebagai penghubung dalam pemrosesan sinyal analog oleh sistem digital. Fungsi utama dari fitur ini adalah mengubah sinyal masukan yang masih dalam bentuk sinyal analog menjadi sinyal digital dengan bentuk kode-kode digital. Ada 2 faktor yang perlu diperhatikan pada proses kerja ADC yaitu kecepatan sampling dan resolusi.
Rangkaian ADC memiliki dua karakter prinsip, yaitu kecepatan sampling dan resolusi. Kecepatan sampling suatu ADC menyatakan seberapa sering sinyal analog dikonversikan ke bentuk sinyal digital pada selang waktu tertentu yang dinyatakan dalam sample per second (SPS). Sedangkan resolusi suatu ADC menentukan ketelitian nilai hasil konversi yang berhubungan dengan jumlah bit yang dimilikinya. Sehingga semakin besar jumlah bit suatu ADC makan akan memberikan ketelitian nilai hasil konversi yang lebih baik. Pada Arduino, resolusi yang dimiliki adalah 10bit atau rentang nilai digital antara 0 - 1023. Pada Arduino tegangan referensi yang digunakan adalah 5 volt, hal ini berarti ADC pada Arduino mampu menangani sinyal analog dengan tegangan 0 - 5 volt. Arduino Uno mempunyai 6 pin input analog yang berlabel A0 sampai A5 dimana masingmasing pin tersebut memberikan 10bit resolusi.
3. 3. PWM, ADC, INTERRUPT, & MILLIS
a. PWM
Pulse Width Modulation (PWM) secara umum adalah sebuah cara memanipulasi lebar sinyal yang dinyatakan dengan pulsa dalam suatu perioda, untuk mendapatkan tegangan rata-rata yang berbeda. Satu siklus pulsa merupakan kondisi high kemudian berada di zona transisi ke kondisi low. Lebar pulsa PWM berbanding lurus dengan amplitudo sinyal asli yang belum termodulasi. Duty Cycle adalah perbandingan antara waktu ON (lebar pulsa High) dengan perioda. Duty Cycle biasanya dinyatakan dalam bentuk persen (%).
Gambar 19. Duty Cycle
Duty Cycle = 𝑡𝑂𝑁
𝑡𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
§ 𝑡𝑜𝑛 = Waktu ON atau Waktu dimana tegangan keluaran berada pada posisi tinggi (highatau 1)
§ 𝑡𝑜𝑓𝑓 = Waktu OFF atau Waktu dimana tegangan keluaran berada pada posisi rendah(low atau 0)
§ 𝑡𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙= Waktu satu siklus atau penjumlahan antara tON dengan tOFF atau disebut juga dengan periode satu gelombang.
Pada Raspberry Pi Pico, terdapat blok PWM yang terdiri dari 8 unit (slice), dan masing-masing slice dapat mengendalikan dua sinyal PWM atau mengukur frekuensi serta duty cycle dari sinyal input. Dengan total 16 output PWM yang dapat dikontrol, semua 30 pin GPIO bisa digunakan untuk PWM. Setiap slice memiliki fitur utama seperti penghitung 16-bit, pembagi clock presisi, dua output independen dengan duty cycle 0–100%, serta mode pengukuran frekuensi dan duty cycle. PWM pada Raspberry Pi Pico juga mendukung pengaturan fase secara presisi serta dapat diaktifkan atau dinonaktifkan secara bersamaan melalui satu register kontrol global, sehingga memungkinkan sinkronisasi beberapa output untuk aplikasi yang lebih kompleks.
b. ADC
ADC atau Analog to Digital Converter merupakan salah satu perangkat elektronika yang digunakan sebagai penghubung dalam pemrosesan sinyal analog oleh sistem digital. Fungsi utama dari fitur ini adalah mengubah sinyal masukan yang masih dalam bentuk sinyal analog menjadi sinyal digital dengan bentuk kode-kode digital.
Raspberry Pi Pico memiliki empat ADC (Analog-to-Digital Converter) 12-bit dengan metode SAR, tetapi hanya tiga kanal yang dapat digunakan secara eksternal, yaitu ADC0, ADC1, dan ADC2, yang terhubung ke pin GP26, GP27, dan GP28. Kanal keempat (ADC4) digunakan secara internal untuk membaca suhu dari sensor suhu bawaan. Konversi ADC dapat dilakukan dalam tiga mode: polling, interrupt, dan FIFO dengan DMA. Kecepatan konversi ADC adalah 2μs per sampel atau 500 ribu sampel per detik (500kS/s). Mikrocontroller RP2040 berjalan pada frekuensi 48MHz yang berasal dari USB PLL, dan setiap konversi ADC membutuhkan 96 siklus CPU, sehingga waktu samplingnya adalah 2μs per sampel.
c. Millis
Raspberry Pi Pico yang sering diprogram menggunakan MicroPython, fungsi utime.ticks_ms() menyediakan fungsionalitas yang sepadan. Fungsi ini mengembalikan nilai penghitung milidetik yang bersifat monotonik (terus bertambah) sejak sistem dimulai atau modul utime dimuat. Sama seperti millis() dan HAL_GetTick(), nilai ticks_ms() juga akan mengalami wrap-around (kembali ke nol) setelah mencapai batasnya, sehingga penggunaan fungsi utime.ticks_diff() menjadi penting untuk perhitungan selisih waktu yang akurat dan aman terhadap overflow. Dengan demikian, utime.ticks_ms() memungkinkan implementasi pola penjadwalan dan delay non-blocking yang serupa untuk menciptakan aplikasi yang responsif di lingkungan MicroPython.
4. Communication
a. UART
Pada project yang kami buat, kami menggunakan komunikasi UART untuk 2 arduino. Komunikasi UART adalah bagian perangkat keras komputer yang menerjemahkan antara bit-bit paralel data dan bit-bit serial.
UART biasanya berupa sirkuit terintegrasi yang digunakan untuk komunikasi serial pada komputer atau port serial perangkat periperal.
Cara kerja komunikasi UART:
Duty Cycle = 𝑡𝑂𝑁
𝑡𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
§ 𝑡𝑜𝑛 = Waktu ON atau Waktu dimana tegangan keluaran berada pada posisi tinggi (highatau 1)
§ 𝑡𝑜𝑓𝑓 = Waktu OFF atau Waktu dimana tegangan keluaran berada pada posisi rendah(low atau 0)
§ 𝑡𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙= Waktu satu siklus atau penjumlahan antara tON dengan tOFF atau disebut juga dengan periode satu gelombang.
Pada Raspberry Pi Pico, terdapat blok PWM yang terdiri dari 8 unit (slice), dan masing-masing slice dapat mengendalikan dua sinyal PWM atau mengukur frekuensi serta duty cycle dari sinyal input. Dengan total 16 output PWM yang dapat dikontrol, semua 30 pin GPIO bisa digunakan untuk PWM. Setiap slice memiliki fitur utama seperti penghitung 16-bit, pembagi clock presisi, dua output independen dengan duty cycle 0–100%, serta mode pengukuran frekuensi dan duty cycle. PWM pada Raspberry Pi Pico juga mendukung pengaturan fase secara presisi serta dapat diaktifkan atau dinonaktifkan secara bersamaan melalui satu register kontrol global, sehingga memungkinkan sinkronisasi beberapa output untuk aplikasi yang lebih kompleks.
b. ADC
ADC atau Analog to Digital Converter merupakan salah satu perangkat elektronika yang digunakan sebagai penghubung dalam pemrosesan sinyal analog oleh sistem digital. Fungsi utama dari fitur ini adalah mengubah sinyal masukan yang masih dalam bentuk sinyal analog menjadi sinyal digital dengan bentuk kode-kode digital.
Raspberry Pi Pico memiliki empat ADC (Analog-to-Digital Converter) 12-bit dengan metode SAR, tetapi hanya tiga kanal yang dapat digunakan secara eksternal, yaitu ADC0, ADC1, dan ADC2, yang terhubung ke pin GP26, GP27, dan GP28. Kanal keempat (ADC4) digunakan secara internal untuk membaca suhu dari sensor suhu bawaan. Konversi ADC dapat dilakukan dalam tiga mode: polling, interrupt, dan FIFO dengan DMA. Kecepatan konversi ADC adalah 2μs per sampel atau 500 ribu sampel per detik (500kS/s). Mikrocontroller RP2040 berjalan pada frekuensi 48MHz yang berasal dari USB PLL, dan setiap konversi ADC membutuhkan 96 siklus CPU, sehingga waktu samplingnya adalah 2μs per sampel.
c. Millis
Raspberry Pi Pico yang sering diprogram menggunakan MicroPython, fungsi utime.ticks_ms() menyediakan fungsionalitas yang sepadan. Fungsi ini mengembalikan nilai penghitung milidetik yang bersifat monotonik (terus bertambah) sejak sistem dimulai atau modul utime dimuat. Sama seperti millis() dan HAL_GetTick(), nilai ticks_ms() juga akan mengalami wrap-around (kembali ke nol) setelah mencapai batasnya, sehingga penggunaan fungsi utime.ticks_diff() menjadi penting untuk perhitungan selisih waktu yang akurat dan aman terhadap overflow. Dengan demikian, utime.ticks_ms() memungkinkan implementasi pola penjadwalan dan delay non-blocking yang serupa untuk menciptakan aplikasi yang responsif di lingkungan MicroPython.
4. Communication
a. UART
Pada project yang kami buat, kami menggunakan komunikasi UART untuk 2 arduino. Komunikasi UART adalah bagian perangkat keras komputer yang menerjemahkan antara bit-bit paralel data dan bit-bit serial.
UART biasanya berupa sirkuit terintegrasi yang digunakan untuk komunikasi serial pada komputer atau port serial perangkat periperal.
Cara kerja komunikasi UART:
Gambar 20. Cara kerja komunikasi UART
Data dikirimkan secara paralel dari data bus ke UART1. Pada UART1 ditambahkan start bit, parity bit, dan stop bit kemudian dimuat dalam satu paket data. Paket data ditransmisikan secara serial dari Tx UART1 ke Rx UART2. UART2 mengkonversikan data dan menghapus bit tambahan, kemudia di transfer secara parallel ke data bus penerima.
b. I2C (Inter-Integrated Circuit)
Inter Integrated Circuit atau sering disebut I2C adalah standar komunikasi serial dua arah menggunakan dua saluran yang didisain khusus untuk mengirim maupun menerima data. Sistem I2C terdiri dari saluran SCL (Serial Clock) dan SDA (Serial Data) yang membawa informasi data antara I2C dengan pengontrolnya.
Cara kerja
Gambar 21. Cara kerja Komunikasi I2C
Pada I2C, data ditransfer dalam bentuk message yang terdiri dari kondisi start, Address Frame, R/W bit, ACK/NACK bit, Data Frame 1, Data Frame 2, dan kondisi Stop. Kondisi start dimana saat pada SDA beralih dari logika high ke low sebelum SCL. Kondisi stop dimana saat pada SDA beralih dari logika low ke high sebelum SCL.
R/W bit berfungsi untuk menentukan apakah master mengirim data ke slave atau meminta data dari slave. (logika 0 = mengirim data ke slave, logika 1 = meminta data dari slave) ACK/NACK bit berfungsi sebagai pemberi kabar jika data frame ataupun address frame telah diterima receiver.
Data dikirimkan secara paralel dari data bus ke UART1. Pada UART1 ditambahkan start bit, parity bit, dan stop bit kemudian dimuat dalam satu paket data. Paket data ditransmisikan secara serial dari Tx UART1 ke Rx UART2. UART2 mengkonversikan data dan menghapus bit tambahan, kemudia di transfer secara parallel ke data bus penerima.
b. I2C (Inter-Integrated Circuit)
Inter Integrated Circuit atau sering disebut I2C adalah standar komunikasi serial dua arah menggunakan dua saluran yang didisain khusus untuk mengirim maupun menerima data. Sistem I2C terdiri dari saluran SCL (Serial Clock) dan SDA (Serial Data) yang membawa informasi data antara I2C dengan pengontrolnya.
Cara kerja
Pada I2C, data ditransfer dalam bentuk message yang terdiri dari kondisi start, Address Frame, R/W bit, ACK/NACK bit, Data Frame 1, Data Frame 2, dan kondisi Stop. Kondisi start dimana saat pada SDA beralih dari logika high ke low sebelum SCL. Kondisi stop dimana saat pada SDA beralih dari logika low ke high sebelum SCL.
R/W bit berfungsi untuk menentukan apakah master mengirim data ke slave atau meminta data dari slave. (logika 0 = mengirim data ke slave, logika 1 = meminta data dari slave) ACK/NACK bit berfungsi sebagai pemberi kabar jika data frame ataupun address frame telah diterima receiver.
Input
1. Sensor Suhu dan Kelembapan DHT22
Secara prinsip, DHT22 bekerja dengan cara mengonversi parameter fisik dari lingkungan — yakni suhu dan kelembapan — menjadi sinyal digital yang dapat dibaca oleh mikrokontroler. Untuk mengukur kelembapan, DHT22 menggunakan sensor kelembapan kapasitif, yaitu dua pelat elektroda dengan bahan dielektrik di antaranya yang bersifat higroskopis. Ketika kelembapan udara meningkat, bahan dielektrik ini menyerap uap air, sehingga mengubah nilai kapasitansi antara pelat. Perubahan kapasitansi ini kemudian diubah menjadi tegangan listrik dan selanjutnya dikonversi menjadi data digital oleh konverter analog ke digital (ADC) internal yang terdapat dalam sensor.
Sementara itu, untuk mengukur suhu, DHT22 menggunakan termistor tipe NTC (Negative Temperature Coefficient). Termistor ini akan mengalami penurunan resistansi seiring kenaikan suhu lingkungan. Perubahan resistansi tersebut diolah menjadi sinyal listrik yang juga dikonversi menjadi data digital melalui ADC internal. Data suhu dan kelembapan ini kemudian diproses oleh mikrokontroler internal yang akan menyiapkan data untuk dikirim ke perangkat utama melalui satu jalur data (single-wire interface).
Komponen utama dalam sensor DHT22 meliputi sensor kapasitif untuk kelembapan, NTC termistor untuk suhu, ADC internal, serta satu pin data digital untuk komunikasi. Sensor ini juga memerlukan resistor pull-up eksternal, biasanya antara 4.7 hingga 10 kilo-ohm, agar jalur data tetap berada pada level logika tinggi saat tidak digunakan.
Mekanisme komunikasi antara DHT22 dan mikrokontroler dimulai dengan sinyal permintaan (start signal) dari mikrokontroler berupa penarikan pin data ke logika rendah selama minimal 1 milidetik. Sensor kemudian merespons dengan sinyal balasan dan mulai mengirimkan data sebanyak 40 bit, yang terdiri dari 16 bit untuk data kelembapan, 16 bit untuk suhu, dan 8 bit checksum sebagai verifikasi.
Terkait respon sistem, DHT22 memiliki frekuensi sampling sebesar 0.5 Hz, yang berarti hanya mengirimkan satu data setiap dua detik. Ini menjadikannya cocok untuk sistem pemantauan lingkungan yang tidak memerlukan respon sangat cepat, seperti dalam sistem penyimpanan bahan pangan, rumah kaca, atau ruang laboratorium. Sensor ini memiliki akurasi ±0.5 °C untuk suhu dan ±2–5% untuk kelembapan, dengan resolusi pengukuran 0.1 untuk masing-masing parameter.
Secara keseluruhan, DHT22 mengubah parameter fisik berupa suhu dan kelembapan menjadi sinyal digital melalui sensor kapasitif dan termistor yang diproses oleh ADC dan mikrokontroler internal. Data ini kemudian dikirim ke mikrokontroler pengguna dalam format digital yang mudah diolah lebih lanjut. Keunggulan utama dari sensor ini adalah kemudahan penggunaan dan akurasi yang cukup baik, meskipun memiliki keterbatasan dalam hal kecepatan respon dan tidak cocok untuk sistem kontrol real-time yang membutuhkan pengambilan data dalam frekuensi tinggi.
Gambar 22. Respon Waktu Sensor DHT22
Gambar menunjukkan DHT22 baru mulai merespons sekitar detik 1 dan membutuhkan beberapa detik lagi untuk mendekati keadaan tunak—menunjukkan keterbatasan frekuensi sampelnya yang hanya sekali tiap 2 detik.
2. Sensor Cahaya BH1750
BH1750 adalah sensor cahaya digital berbasis I²C buatan ROHM Semiconductor, yang digunakan untuk mengukur intensitas cahaya dalam satuan lux (lumens per meter persegi). Sensor ini sangat populer dalam aplikasi seperti sistem pencahayaan otomatis, smart agriculture, perangkat wearable, dan sistem penyimpanan berbasis pencahayaan.
BH1750 menggunakan photodiode yang sensitif terhadap cahaya, terutama pada spektrum visible light (380–780 nm) yang mirip dengan respon mata manusia. Cahaya yang masuk ke photodiode akan menghasilkan arus listrik yang proporsional dengan intensitas cahaya.
Sensor ini memiliki ADC internal 16-bit, yang mengubah arus tersebut menjadi data digital. Nilai lux yang diukur akan langsung tersedia melalui komunikasi I²C tanpa memerlukan pengolahan tambahan oleh mikrokontroler.
Input
1. Sensor Suhu dan Kelembapan DHT22
Secara prinsip, DHT22 bekerja dengan cara mengonversi parameter fisik dari lingkungan — yakni suhu dan kelembapan — menjadi sinyal digital yang dapat dibaca oleh mikrokontroler. Untuk mengukur kelembapan, DHT22 menggunakan sensor kelembapan kapasitif, yaitu dua pelat elektroda dengan bahan dielektrik di antaranya yang bersifat higroskopis. Ketika kelembapan udara meningkat, bahan dielektrik ini menyerap uap air, sehingga mengubah nilai kapasitansi antara pelat. Perubahan kapasitansi ini kemudian diubah menjadi tegangan listrik dan selanjutnya dikonversi menjadi data digital oleh konverter analog ke digital (ADC) internal yang terdapat dalam sensor.
Sementara itu, untuk mengukur suhu, DHT22 menggunakan termistor tipe NTC (Negative Temperature Coefficient). Termistor ini akan mengalami penurunan resistansi seiring kenaikan suhu lingkungan. Perubahan resistansi tersebut diolah menjadi sinyal listrik yang juga dikonversi menjadi data digital melalui ADC internal. Data suhu dan kelembapan ini kemudian diproses oleh mikrokontroler internal yang akan menyiapkan data untuk dikirim ke perangkat utama melalui satu jalur data (single-wire interface).
Komponen utama dalam sensor DHT22 meliputi sensor kapasitif untuk kelembapan, NTC termistor untuk suhu, ADC internal, serta satu pin data digital untuk komunikasi. Sensor ini juga memerlukan resistor pull-up eksternal, biasanya antara 4.7 hingga 10 kilo-ohm, agar jalur data tetap berada pada level logika tinggi saat tidak digunakan.
Mekanisme komunikasi antara DHT22 dan mikrokontroler dimulai dengan sinyal permintaan (start signal) dari mikrokontroler berupa penarikan pin data ke logika rendah selama minimal 1 milidetik. Sensor kemudian merespons dengan sinyal balasan dan mulai mengirimkan data sebanyak 40 bit, yang terdiri dari 16 bit untuk data kelembapan, 16 bit untuk suhu, dan 8 bit checksum sebagai verifikasi.
Terkait respon sistem, DHT22 memiliki frekuensi sampling sebesar 0.5 Hz, yang berarti hanya mengirimkan satu data setiap dua detik. Ini menjadikannya cocok untuk sistem pemantauan lingkungan yang tidak memerlukan respon sangat cepat, seperti dalam sistem penyimpanan bahan pangan, rumah kaca, atau ruang laboratorium. Sensor ini memiliki akurasi ±0.5 °C untuk suhu dan ±2–5% untuk kelembapan, dengan resolusi pengukuran 0.1 untuk masing-masing parameter.
Secara keseluruhan, DHT22 mengubah parameter fisik berupa suhu dan kelembapan menjadi sinyal digital melalui sensor kapasitif dan termistor yang diproses oleh ADC dan mikrokontroler internal. Data ini kemudian dikirim ke mikrokontroler pengguna dalam format digital yang mudah diolah lebih lanjut. Keunggulan utama dari sensor ini adalah kemudahan penggunaan dan akurasi yang cukup baik, meskipun memiliki keterbatasan dalam hal kecepatan respon dan tidak cocok untuk sistem kontrol real-time yang membutuhkan pengambilan data dalam frekuensi tinggi.
2. Sensor Cahaya BH1750
BH1750 adalah sensor cahaya digital berbasis I²C buatan ROHM Semiconductor, yang digunakan untuk mengukur intensitas cahaya dalam satuan lux (lumens per meter persegi). Sensor ini sangat populer dalam aplikasi seperti sistem pencahayaan otomatis, smart agriculture, perangkat wearable, dan sistem penyimpanan berbasis pencahayaan.
BH1750 menggunakan photodiode yang sensitif terhadap cahaya, terutama pada spektrum visible light (380–780 nm) yang mirip dengan respon mata manusia. Cahaya yang masuk ke photodiode akan menghasilkan arus listrik yang proporsional dengan intensitas cahaya.
Sensor ini memiliki ADC internal 16-bit, yang mengubah arus tersebut menjadi data digital. Nilai lux yang diukur akan langsung tersedia melalui komunikasi I²C tanpa memerlukan pengolahan tambahan oleh mikrokontroler.
Konversi Cahaya ke Data Digital
-
Cahaya masuk ke photodiode
-
Photodiode menghasilkan arus sebanding dengan intensitas cahaya
-
Arus dikonversi menjadi tegangan
-
Tegangan dibaca oleh ADC 16-bit
-
Data lux dikirim ke mikrokontroler melalui I²C
-
Cahaya masuk ke photodiode
-
Photodiode menghasilkan arus sebanding dengan intensitas cahaya
-
Arus dikonversi menjadi tegangan
-
Tegangan dibaca oleh ADC 16-bit
-
Data lux dikirim ke mikrokontroler melalui I²C
Respons Waktu dan Kinerja
-
Waktu respon tipikal berada di kisaran 120 ms untuk mode presisi tinggi, dan bisa dipercepat hingga 16 ms di mode rendah.
-
BH1750 sangat stabil terhadap perubahan suhu atau kelembapan, dan memiliki kompensasi spektral internal, sehingga hasil pengukuran tetap akurat meski kondisi lingkungan berubah.
-
Waktu respon tipikal berada di kisaran 120 ms untuk mode presisi tinggi, dan bisa dipercepat hingga 16 ms di mode rendah.
-
BH1750 sangat stabil terhadap perubahan suhu atau kelembapan, dan memiliki kompensasi spektral internal, sehingga hasil pengukuran tetap akurat meski kondisi lingkungan berubah.
Kelebihan BH1750
-
Hasil langsung dalam satuan lux
-
Komunikasi I²C mudah diimplementasikan
-
Tidak perlu kalibrasi manual
-
Respon cepat dan hemat daya
Gambar 23. Respon Waktu Sensor BH1750
Gambar menunjukkan BH1750 memulai respons lebih awal dan hampir sepenuhnya stabil tidak sampai 2 detik, sejalan dengan waktu konversinya ≈ 120 ms pada mode presisi.
3. Sensor Infrared (IR Obstacle Sensor
IR sensor atau sensor inframerah adalah perangkat elektronik yang digunakan untuk mendeteksi radiasi inframerah yang dipancarkan oleh objek. Setiap objek dengan suhu di atas 0 Kelvin (-273°C) akan memancarkan radiasi IR. Sensor ini memanfaatkan sifat tersebut untuk berbagai fungsi, seperti mendeteksi keberadaan objek, jarak, gerakan, atau bahkan panas tubuh manusia.
Secara umum, IR sensor terdiri dari dua komponen utama, yaitu pemancar (IR LED) dan penerima (photodiode atau phototransistor). IR LED memancarkan cahaya inframerah yang tidak tampak oleh mata manusia. Ketika ada objek di depan sensor, cahaya ini akan dipantulkan kembali ke arah sensor dan diterima oleh photodiode. Intensitas cahaya yang diterima akan tergantung pada jarak dan sifat permukaan objek. Kemudian, sinyal yang diterima ini akan diubah menjadi sinyal listrik yang dapat dibaca oleh sistem mikrokontroler.
Terdapat dua jenis utama IR sensor berdasarkan cara penggunaannya:
-
Active IR sensor – menggunakan IR LED sebagai pemancar dan photodiode sebagai penerima. Jenis ini digunakan untuk deteksi objek atau jarak.
-
Passive IR sensor (PIR) – tidak memancarkan IR, tetapi mendeteksi sinyal IR dari objek hidup (biasanya panas tubuh manusia). Digunakan dalam sistem keamanan dan pencahayaan otomatis.
Dalam penggunaannya, IR sensor banyak ditemukan pada perangkat robotika (untuk menghindari rintangan), otomatisasi rumah (seperti kran air otomatis, lampu otomatis), counter digital, dan remote control. Sensor ini mengeluarkan sinyal digital (HIGH/LOW) atau analog tergantung jenis modul dan aplikasinya.
Sensor IR memiliki waktu respon sangat cepat, biasanya kurang dari 100 ms. Hal ini membuatnya ideal untuk aplikasi yang membutuhkan deteksi instan, seperti sistem otomatisasi dan penghindaran rintangan. Namun, performa sensor IR dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor eksternal seperti:
-
Permukaan objek: objek gelap atau menyerap cahaya IR akan sulit dideteksi.
-
Cahaya lingkungan: sinar matahari langsung bisa mengganggu karena mengandung komponen IR.
-
Hasil langsung dalam satuan lux
-
Komunikasi I²C mudah diimplementasikan
-
Tidak perlu kalibrasi manual
-
Respon cepat dan hemat daya
3. Sensor Infrared (IR Obstacle Sensor
IR sensor atau sensor inframerah adalah perangkat elektronik yang digunakan untuk mendeteksi radiasi inframerah yang dipancarkan oleh objek. Setiap objek dengan suhu di atas 0 Kelvin (-273°C) akan memancarkan radiasi IR. Sensor ini memanfaatkan sifat tersebut untuk berbagai fungsi, seperti mendeteksi keberadaan objek, jarak, gerakan, atau bahkan panas tubuh manusia.
Secara umum, IR sensor terdiri dari dua komponen utama, yaitu pemancar (IR LED) dan penerima (photodiode atau phototransistor). IR LED memancarkan cahaya inframerah yang tidak tampak oleh mata manusia. Ketika ada objek di depan sensor, cahaya ini akan dipantulkan kembali ke arah sensor dan diterima oleh photodiode. Intensitas cahaya yang diterima akan tergantung pada jarak dan sifat permukaan objek. Kemudian, sinyal yang diterima ini akan diubah menjadi sinyal listrik yang dapat dibaca oleh sistem mikrokontroler.
Terdapat dua jenis utama IR sensor berdasarkan cara penggunaannya:
-
Active IR sensor – menggunakan IR LED sebagai pemancar dan photodiode sebagai penerima. Jenis ini digunakan untuk deteksi objek atau jarak.
-
Passive IR sensor (PIR) – tidak memancarkan IR, tetapi mendeteksi sinyal IR dari objek hidup (biasanya panas tubuh manusia). Digunakan dalam sistem keamanan dan pencahayaan otomatis.
Dalam penggunaannya, IR sensor banyak ditemukan pada perangkat robotika (untuk menghindari rintangan), otomatisasi rumah (seperti kran air otomatis, lampu otomatis), counter digital, dan remote control. Sensor ini mengeluarkan sinyal digital (HIGH/LOW) atau analog tergantung jenis modul dan aplikasinya.
Sensor IR memiliki waktu respon sangat cepat, biasanya kurang dari 100 ms. Hal ini membuatnya ideal untuk aplikasi yang membutuhkan deteksi instan, seperti sistem otomatisasi dan penghindaran rintangan. Namun, performa sensor IR dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor eksternal seperti:
-
Permukaan objek: objek gelap atau menyerap cahaya IR akan sulit dideteksi.
-
Cahaya lingkungan: sinar matahari langsung bisa mengganggu karena mengandung komponen IR.
Kelebihan:
-
Respon cepat dan akurat dalam jarak pendek
-
Biaya rendah dan mudah digunakan
-
Ukuran kecil dan cocok untuk berbagai sistem
-
Respon cepat dan akurat dalam jarak pendek
-
Biaya rendah dan mudah digunakan
-
Ukuran kecil dan cocok untuk berbagai sistem
Kekurangan:
-
Kurang efektif pada siang hari atau di bawah sinar matahari
-
Tidak cocok untuk deteksi jarak jauh
-
Sensitif terhadap warna dan pantulan objek
Gambar 24. Respon Waktu sensor IR
Gambar Menunjukkan IR sensor (grafik ketiga) bereaksi hampir seketika; respons sudah sangat dekat dengan maksimum dalam hitungan puluhan milidetik, cocok untuk deteksi real‑time dan aplikasi pemicu cepat.Output
1. Lampu Pijar Pemanas
Lampu pijar adalah perangkat elektroluminesen sederhana yang mengubah energi listrik menjadi cahaya dan panas melalui proses pemanasan filamen. Saat arus listrik DC mengalir ke dalam lampu, tegangan tersebut masuk melalui dua terminal logam dan dialirkan ke sebuah kawat filamen tipis, biasanya terbuat dari tungsten (wolfram), yang memiliki titik leleh sangat tinggi.
Karena resistansi filamen yang besar, aliran arus menyebabkan filamen memanas hingga suhu sekitar 2.000–3.000°C. Pada suhu tersebut, filamen mulai berpijar (incandescence) dan memancarkan cahaya tampak. Inilah alasan mengapa lampu pijar menghasilkan cahaya sekaligus panas yang tinggi. Filamen ini diletakkan dalam tabung kaca vakum atau diisi gas inert seperti argon atau nitrogen, untuk mencegah oksidasi dan memperpanjang umur filamen.
Komponen utama dalam lampu pijar meliputi: filamen tungsten, kaca bohlam (enclosure), terminal logam untuk koneksi listrik, dan gas inert (jika ada). Proses kerja ini berlangsung sangat cepat—seketika setelah tegangan diberikan, lampu langsung menyala. Karena tidak ada komponen bergerak atau sistem kontrol, lampu pijar memiliki prinsip kerja yang sangat sederhana namun efisien untuk konversi listrik ke cahaya meski kurang hemat energi.
2. Kipas
Motor DC (arus searah) adalah perangkat elektromekanis yang mengubah energi listrik menjadi energi gerak putar. Pada kipas DC, proses ini dimulai saat motor menerima tegangan DC dari sumber listrik. Tegangan ini mengalir melalui kumparan kawat tembaga (armature) yang terletak di dalam medan magnet permanen atau elektromagnet, tergantung jenis motornya.
Aliran arus listrik dalam kumparan menghasilkan gaya Lorentz, sesuai hukum tangan kiri Fleming, di mana medan magnet dan arus saling tegak lurus menghasilkan gaya gerak. Gaya ini menyebabkan rotor (bagian berputar dari motor) mulai bergerak. Untuk menjaga agar motor terus berputar dalam arah yang sama, digunakan komutator dan sikat (brush) yang berfungsi membalik arah arus setiap setengah putaran, sehingga gaya yang dihasilkan tetap mendorong rotor secara kontinu.
Di dalam motor kipas DC terdapat beberapa komponen utama: stator (bagian diam yang menghasilkan medan magnet), rotor/armature (bagian berputar), komutator, dan brush (untuk motor brushed), atau driver elektronik untuk mengatur arus pada motor brushless. Ketika rotor mulai berputar, bilah kipas yang terhubung ke poros motor juga ikut berputar, menghasilkan aliran udara.
Dengan demikian, kipas DC bekerja melalui proses konversi energi listrik menjadi putaran mekanis secara langsung, didukung oleh prinsip elektromagnetik dan pengaturan arah arus melalui komutator atau sirkuit elektronik internal.
3. OLED
OLED (Organic Light Emitting Diode) adalah komponen optoelektronik yang mengubah energi listrik menjadi cahaya melalui proses elektroluminesensi di lapisan bahan organik. Ketika tegangan DC diberikan ke terminal OLED, arus mengalir dari anoda (positif) ke katoda (negatif), melintasi beberapa lapisan tipis material organik yang terletak di antara dua elektroda tersebut.
Lapisan utama dalam OLED terdiri dari lapisan emisi (emissive layer) dan lapisan hole transport (HTL) serta electron transport (ETL). Begitu arus mengalir, lubang (hole) dari anoda dan elektron dari katoda diinjeksi ke dalam lapisan organik. Di dalam lapisan emisi, elektron dan lubang bertemu dan mengalami rekombinasi, yang menghasilkan energi dalam bentuk foton — yaitu cahaya tampak.
Cahaya yang dihasilkan oleh lapisan organik ini langsung keluar melalui substrat transparan, biasanya kaca atau plastik, sehingga layar OLED bisa sangat tipis dan fleksibel. Tidak seperti lampu pijar, OLED tidak memerlukan cahaya latar (backlight) karena setiap pikselnya bisa menyala sendiri, menjadikannya sangat efisien dan mampu menghasilkan kontras tinggi serta warna hitam yang pekat.
Komponen utama OLED meliputi: substrat transparan, anoda, lapisan organik (HTL, emisi, ETL), dan katoda reflektif. Proses ini berlangsung cepat dan efisien, dengan konsumsi daya yang rendah dan respon visual yang tinggi, sehingga OLED banyak digunakan pada layar panel, indikator digital, dan perangkat portabel seperti jam tangan pintar atau tampilan mikrokontroler.
Komponen Pendukung
4. 4. Breadboard
Breadboard Arduino merupakan papan yang digunakan untuk membuat prototype rangkaian elektronik. Breadboard berfungsi sebagai konduktor listrik sekaligus tempat melekatkan kabel jumper atau header pin male agar arus listrik dari komponen satu ke komponen lainnya bisa saling terdistribusi dengan baik sesuai. Jika menggunakan breadboard, maka komponen-komponen yang telah dirakit tidak akan rusak dan mudah untuk dibongkar pasang. Hal ini dikarenakan papan breadboard merupakan papan tanpa solder (solderless). Bentuk fisik dari breadboard dapat dilihat pada gambar berikut.
-
Kurang efektif pada siang hari atau di bawah sinar matahari
-
Tidak cocok untuk deteksi jarak jauh
-
Sensitif terhadap warna dan pantulan objek
Output
1. Lampu Pijar Pemanas
Lampu pijar adalah perangkat elektroluminesen sederhana yang mengubah energi listrik menjadi cahaya dan panas melalui proses pemanasan filamen. Saat arus listrik DC mengalir ke dalam lampu, tegangan tersebut masuk melalui dua terminal logam dan dialirkan ke sebuah kawat filamen tipis, biasanya terbuat dari tungsten (wolfram), yang memiliki titik leleh sangat tinggi.
Karena resistansi filamen yang besar, aliran arus menyebabkan filamen memanas hingga suhu sekitar 2.000–3.000°C. Pada suhu tersebut, filamen mulai berpijar (incandescence) dan memancarkan cahaya tampak. Inilah alasan mengapa lampu pijar menghasilkan cahaya sekaligus panas yang tinggi. Filamen ini diletakkan dalam tabung kaca vakum atau diisi gas inert seperti argon atau nitrogen, untuk mencegah oksidasi dan memperpanjang umur filamen.
Komponen utama dalam lampu pijar meliputi: filamen tungsten, kaca bohlam (enclosure), terminal logam untuk koneksi listrik, dan gas inert (jika ada). Proses kerja ini berlangsung sangat cepat—seketika setelah tegangan diberikan, lampu langsung menyala. Karena tidak ada komponen bergerak atau sistem kontrol, lampu pijar memiliki prinsip kerja yang sangat sederhana namun efisien untuk konversi listrik ke cahaya meski kurang hemat energi.
2. Kipas
Motor DC (arus searah) adalah perangkat elektromekanis yang mengubah energi listrik menjadi energi gerak putar. Pada kipas DC, proses ini dimulai saat motor menerima tegangan DC dari sumber listrik. Tegangan ini mengalir melalui kumparan kawat tembaga (armature) yang terletak di dalam medan magnet permanen atau elektromagnet, tergantung jenis motornya.
Aliran arus listrik dalam kumparan menghasilkan gaya Lorentz, sesuai hukum tangan kiri Fleming, di mana medan magnet dan arus saling tegak lurus menghasilkan gaya gerak. Gaya ini menyebabkan rotor (bagian berputar dari motor) mulai bergerak. Untuk menjaga agar motor terus berputar dalam arah yang sama, digunakan komutator dan sikat (brush) yang berfungsi membalik arah arus setiap setengah putaran, sehingga gaya yang dihasilkan tetap mendorong rotor secara kontinu.
Di dalam motor kipas DC terdapat beberapa komponen utama: stator (bagian diam yang menghasilkan medan magnet), rotor/armature (bagian berputar), komutator, dan brush (untuk motor brushed), atau driver elektronik untuk mengatur arus pada motor brushless. Ketika rotor mulai berputar, bilah kipas yang terhubung ke poros motor juga ikut berputar, menghasilkan aliran udara.
Dengan demikian, kipas DC bekerja melalui proses konversi energi listrik menjadi putaran mekanis secara langsung, didukung oleh prinsip elektromagnetik dan pengaturan arah arus melalui komutator atau sirkuit elektronik internal.
3. OLED
OLED (Organic Light Emitting Diode) adalah komponen optoelektronik yang mengubah energi listrik menjadi cahaya melalui proses elektroluminesensi di lapisan bahan organik. Ketika tegangan DC diberikan ke terminal OLED, arus mengalir dari anoda (positif) ke katoda (negatif), melintasi beberapa lapisan tipis material organik yang terletak di antara dua elektroda tersebut.
Lapisan utama dalam OLED terdiri dari lapisan emisi (emissive layer) dan lapisan hole transport (HTL) serta electron transport (ETL). Begitu arus mengalir, lubang (hole) dari anoda dan elektron dari katoda diinjeksi ke dalam lapisan organik. Di dalam lapisan emisi, elektron dan lubang bertemu dan mengalami rekombinasi, yang menghasilkan energi dalam bentuk foton — yaitu cahaya tampak.
Cahaya yang dihasilkan oleh lapisan organik ini langsung keluar melalui substrat transparan, biasanya kaca atau plastik, sehingga layar OLED bisa sangat tipis dan fleksibel. Tidak seperti lampu pijar, OLED tidak memerlukan cahaya latar (backlight) karena setiap pikselnya bisa menyala sendiri, menjadikannya sangat efisien dan mampu menghasilkan kontras tinggi serta warna hitam yang pekat.
Komponen utama OLED meliputi: substrat transparan, anoda, lapisan organik (HTL, emisi, ETL), dan katoda reflektif. Proses ini berlangsung cepat dan efisien, dengan konsumsi daya yang rendah dan respon visual yang tinggi, sehingga OLED banyak digunakan pada layar panel, indikator digital, dan perangkat portabel seperti jam tangan pintar atau tampilan mikrokontroler.
Komponen Pendukung
4. 4. Breadboard
Breadboard Arduino merupakan papan yang digunakan untuk membuat prototype rangkaian elektronik. Breadboard berfungsi sebagai konduktor listrik sekaligus tempat melekatkan kabel jumper atau header pin male agar arus listrik dari komponen satu ke komponen lainnya bisa saling terdistribusi dengan baik sesuai. Jika menggunakan breadboard, maka komponen-komponen yang telah dirakit tidak akan rusak dan mudah untuk dibongkar pasang. Hal ini dikarenakan papan breadboard merupakan papan tanpa solder (solderless). Bentuk fisik dari breadboard dapat dilihat pada gambar berikut.
Gambar 25. Breadboard
Prinsip kerja breadboard ialah menghubungkan antara satu lubang dengan lubang yang lain, maka di bagian bawah lubang tersebut terdapat logam konduktor listrik yang diposisikan secara khusus. Hal ini berguna untuk memudahkan pengguna dalam membuat rangkaian.
Prinsip kerja breadboard ialah menghubungkan antara satu lubang dengan lubang yang lain, maka di bagian bawah lubang tersebut terdapat logam konduktor listrik yang diposisikan secara khusus. Hal ini berguna untuk memudahkan pengguna dalam membuat rangkaian.
Gambar 26. Jalur koneksi pada breadboard
Berdasarkan gambar di atas, terdapat beberapa jalur koneksi pada breadboard antara lain:
1. Jalur warna merah digunakan untuk menempatkan pin 5V atau kutub positif dari pico untuk dihubungkan ke kutub positif komponen lain.
2. Jalur warna biru digunakan untuk menempatkan pin GND atau kutub negatif dari pico untuk dihubungkan ke kutub negatif komponen lain.
3. Jalur warna hijau digunakan untuk menempatkan pin digital dari pico untuk dihubungkan ke komponen lain
Berdasarkan gambar di atas, terdapat beberapa jalur koneksi pada breadboard antara lain:
1. Jalur warna merah digunakan untuk menempatkan pin 5V atau kutub positif dari pico untuk dihubungkan ke kutub positif komponen lain.
2. Jalur warna biru digunakan untuk menempatkan pin GND atau kutub negatif dari pico untuk dihubungkan ke kutub negatif komponen lain.
Sistem penyimpanan jagung ini bekerja seperti “penjaga gudang” cerdas yang selalu memantau dan menyesuaikan kondisi ruang simpan. Di Raspberry Pi Pico 1, tiga sensor—DHT22 (suhu & kelembapan di GP15), BH1750 (intensitas cahaya di bus I²C SDA GP18 / SCL GP19) dan sepasang IR gate (status pintu di GP11)—mengambil sampel setiap ±3 detik. Nilai‑nilai suhu (°C), kelembapan (%), lux, dan status “buka/tutup” pintu dikemas menjadi string seperti TEMP:31.5;HUM:68.0;LUX:42.3;DOOR:buka lalu dikirim melalui UART‑0 TX (GP0) ke Pico 2.
Begitu data mendarat di Raspberry Pi Pico 2 (UART‑0 RX GP17), logika pengendali memeriksa batas ideal ruang simpan:
-
Kipas dibutuhkan jika suhu > 30 °C dan kelembapan < 75 % (udara terlalu panas & kering).
-
Lampu pemanas menyala bila suhu < 40 °C dan kelembapan > 50 % (terlalu lembap, butuh pengeringan ringan).
-
Atap servo (PWM GP4) membuka 180° saat kondisi kipas aktif serta pencahayaan rendah (< 50 lx), memberi ventilasi tambahan tanpa risiko paparan sinar matahari langsung.Setiap aktuator memakai jeda minimum 5 detik sebelum boleh dimatikan lagi, mencegah “nyala‑mati” cepat yang merusak perangkat.
Semua keputusan itu langsung diwujudkan lewat:
-
Relay kipas (NO) di GP15 yang menurunkan level pin menjadi 0 saat ON.
-
Relay lampu di GP14 dengan logika serupa.
-
Servo yang menerima pulsa 1–2 ms sehingga sudut poros bergerak 0–180°.
Antarmuka pengguna ditempatkan di OLED 128 × 64 px (I²C0 — SDA GP0, SCL GP1). Layar menampilkan enam baris ringkas: suhu, kelembapan, lux, status pintu, status kipas, dan status lampu. Dengan sekali lirik petugas gudang dapat membaca kondisi real‑time tanpa membuka aplikasi apa pun.
Terakhir, kedua Pico berbagi ground dan dipasok 5 V; hanya jalur data (U‑TX/RX dan I²C) yang disilang. Jika sistem dihentikan (Ctrl‑C), skrip Pico 2 mengeksekusi “safe‑shutdown”—mematikan relay dan mengembalikan servo ke 0°—sehingga tidak ada perangkat yang tertinggal dalam keadaan aktif secara tak sengaja. Dengan arsitektur ini, jagung tetap kering, aman, dan berventilasi optimal sepanjang waktu.
https://doi.org/10.3390/agriculture13040780
Tidak ada komentar:
Posting Komentar