Marsanda Nabilla: Modul 1 (Aplikasi I/O Sederhana jarak & suara)

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1.Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Percobaan

Percobaan

*Klik teks untuk menuju

SISTEM PINTU OTOMATIS MALL

1. Pendahuluan [Kembali]

Dalam era teknologi yang terus berkembang pesat, keamanan dan efisiensi menjadi dua aspek utama yang perlu diperhatikan, terutama dalam pengelolaan mal atau pusat perbelanjaan. Pintu masuk merupakan salah satu titik kritis yang memerlukan perhatian khusus, mengingat jumlah pengunjung yang tinggi setiap harinya. Dalam upaya untuk meningkatkan pengalaman pengunjung sekaligus menjaga keamanan, muncul inovasi terkini berupa Sistem Aplikasi I/O Otomatis Pintu.

Artikel ini akan membahas secara mendalam bagaimana penerapan sistem aplikasi I/O otomatis pada pintu mall dapat membawa revolusi positif dalam manajemen keamanan dan pengelolaan arus pengunjung. Kita akan membongkar keunggulan teknologi ini, mulai dari integrasi sensor pintu yang canggih hingga kemampuan sistem untuk memberikan respons yang cepat dan tepat.

Melalui pembahasan ini, diharapkan pembaca dapat memahami betapa pentingnya adopsi teknologi terkini dalam menjaga keamanan dan meningkatkan efisiensi operasional di pusat perbelanjaan. Sistem Aplikasi I/O Otomatis Pintu tidak hanya menjadi solusi praktis, tetapi juga memberikan gambaran masa depan yang cerah untuk industri mal dalam menghadapi tantangan modern.

2. Tujuan [Kembali]

Merangkai dan menguji aplikasi output pada mikrokontroller Arduino
Merangkai dan menguji input pada mikrokontroller Arduino
Merangkai dan menguji I/O pada mikrokontroller Arduino

3. Alat dan Bahan [Kembali]

A. Alat

a). Instrument

Multimeter

b). Probes

Logic Probe

c). Generators

Power Supply

B. Bahan

1. Sensor Ultrasonik

2. sound Sensor

3. Sensor PIR

4. LCD

LCD

5. Mikrokontroller

Modul Arduino

6.Switch

7. Potensiometer

Spesifikasi :

Type: Rotary a.k.a Radio POT
Available in different resistance values like 500Ω, 1K, 2K, 5K, 10K, 22K, 47K, 50K, 100K, 220K, 470K, 500K, 1 M.
Power Rating: 0.3W
Maximum Input Voltage: 200Vdc
Rotational Life: 2000K cycles

8. Ground

9. Motor DC

4. Dasar Teori [Kembali]

1. Sensor Ultrasonic

Sensor ultrasonik adalah perangkat elektronik yang menggunakangelombang ultrasonik untuk mendeteksi atau mengukur jarak antara sensor dan objek di sekitarnya.Sensor ultrasonik menghasilkan gelombang suara frekuensi tinggi (ultrasonik) dan mengukur waktu yang dibutuhkan gelombang tersebut untuk memantul kembali setelah bertemu dengan objek.Berdasarkan waktu tempuh ini, sensor dapat menghitung jarak antara sensor dan objek.Biasanya beroperasi pada frekuensi ultrasonik, di luar kisaran pendengaran manusia (di atas 20 kHz hingga beberapa megahertz).Pengukuran jarak bergantung pada kecepatan suara dalam medium transmisi (seperti udara). Kecepatan suara biasanya diasumsikan tetap untuk perhitungan.Resolusi sensor dapat ditingkatkan dengan mengurangi lebar pulsa gelombang atau meningkatkan frekuensi operasional. pin yang terdapat pada sensor ultrasonic sensor yaitu

1. VCC (Voltage Common Collector):

Merupakan pin untuk memberikan tegangan pasokan (supply voltage) ke sensor.

2. GND (Ground): Merupakan pin tanah atau ground yang terhubung ke terminal ground pada sumber tegangan dan mikrokontroler.
3. Echo/Trig (Echo pada beberapa sensor):
Pada mode Trig: Inisiasi sinyal untuk memulai pengiriman gelombang ultrasonik. Pada mode Echo:Menghasilkan pulsa yang durasinya sebanding dengan waktu yang dibutuhkan gelombang untuk kembali setelah bertemu dengan objek.
timing diagram
gambar grafik

2. Sound Sensor

Sensor suara, atau yang sering disebut sebagai sound sensor, adalah perangkat elektronik yang dirancang untuk mendeteksi dan merespons gelombang suara dalam lingkungan. Sensor suara bekerja berdasarkan perubahan tekanan suara di sekitarnya.Gelombang suara menciptakan variasi tekanan udara, dan sensor ini merespons perubahan tersebut.Output dari sensor suara biasanya berupa sinyal listrik yang dapat diukur, dan tingkat sinyal ini dapat mencerminkan tingkat intensitas suara di sekitarnya.pin yang terdapat pada sensor Sound sensor yaitu

1. VCC (Voltage Common Collector):

Merupakan pin untuk memberikan tegangan pasokan (supply voltage) ke sensor.

2. GND (Ground): Merupakan pin tanah atau ground yang terhubung ke terminal ground pada sumber tegangan dan mikrokontroler.
grafik sound sensor

3. Sensor PIR

PIR (Passive Infrared Receiver) merupakan sebuah sensor berbasiskan infrared. Akan tetapi, tidak seperti sensor infrared kebanyakan yang terdiri dari IR LED dan fototransistor. PIR tidak memancarkan apapun seperti IR LED. Sesuai dengan namanya ‘Passive’, sensor ini hanya merespon energi dari pancaran sinar inframerah pasif yang dimiliki oleh setiap benda yang terdeteksi olehnya. Benda yang bisa dideteksi oleh sensor ini biasanya adalah tubuh manusia

Diagram sebsor PIR:

Sensor PIR ini bekerja dengan menangkap energi panas yang dihasilkan dari pancaran sinar inframerah pasif yang dimiliki setiap benda dengan suhu benda diatas nol mutlak. 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. Mengapa bisa menghasilkan arus listrik? Karena pancaran sinar inframerah pasif ini membawa energi panas. Prosesnya hampir sama seperti arus listrik yangterbentuk ketika sinar matahari mengenai solar cell.

ari grafik, didapatkan bahwa suhu juga mempengaruhi seberapa jauh PIR dapat mendeteksi adanya infrared dimana semakin tinggi suhu disekitar maka semakin pendek jarak yang bisa diukur oleh PIR.

4. LCD (Liquid Crystal Display)

Liquid Crystal Display (LCD) adalah sebuah peralatan elektronik yang berfungsi untuk menampilkan output sebuah sistem dengan cara membentuk suatu citra atau gambaran pada sebuah layar. Secara garis besar komponen penyusun LCD terdiri dari kristal cair (liquid crystal) yang diapit oleh 2 buah elektroda transparan dan 2 buah filter polarisasi (polarizing filter).

Gambar Penampang komponen penyusun LCD

Keterangan:

1. Film dengan polarizing filter vertical untuk memolarisasi cahaya yang masuk.

2. Glass substrate yang berisi kolom-kolom elektroda Indium tin oxide (ITO).

3. Twisted nematic liquid crystal (kristal cair dengan susunan terpilin).

4. Glass substrate yang berisi baris-baris elektroda Indium tin oxide (ITO).

5. Film dengan polarizing filter horizontal untuk memolarisasi cahaya yang masuk.

6. Reflektor cahaya untuk memantulkan cahaya yang masuk LCD kembali ke mata pengamat.

Sebuah citra dibentuk dengan mengombinasikan kondisi nyala dan mati dari pixel-pixel yang menyusun layar sebuah LCD. Pada umumnya LCD yang dijual di pasaran sudah memiliki integrated circuit tersendiri sehingga para pemakai dapat mengontrol tampilan LCD dengan mudah dengan menggunakan mikrokontroler untuk mengirimkan data melalui pin-pin input yang sudah tersedia.

Kaki-kaki yang terdapat pada LCD

5. Arduino

Arduino adalah kit elektronik atau papan rangkaian elektronik open source yang di dalamnya terdapat komponen utama yaitu sebuah chip mikrokontroler dengan jenis AVR dari perusahaan Atmel. Arduino yang kita gunakan dalam praktikum ini adalah Arduino Uno yang menggunakan chip AVR ATmega 328P. Dalam memprogram Arduino, kita bisa menggunakan komunikasi serial agar Arduino dapat berhubungan dengan komputer ataupun perangkat lain.

Adapun spesifikasi dari Arduino Uno ini adalah sebagai berikut :

Arduino Uno

Bagian-bagian arduino uno:

-Power USB

Digunakan untuk menghubungkan Papan Arduino dengan komputer lewat koneksi USB.

-Power jack

Supply atau sumber listrik untuk Arduino dengan tipe Jack. Input DC 5 - 12 V.

-Crystal Oscillator

Kristal ini digunakan sebagai layaknya detak jantung pada Arduino. Jumlah cetak menunjukkan 16000 atau 16000 kHz, atau 16 MHz.

-Reset

Digunakan untuk mengulang program Arduino dari awal atau Reset.

-Digital Pins I / O

Papan Arduino UNO memiliki 14 Digital Pin. Berfungsi untuk memberikan nilai logika ( 0 atau 1 ). Pin berlabel " ~ " adalah pin-pin PWM ( Pulse Width Modulation ) yang dapat digunakan untuk menghasilkan PWM.

-Analog Pins

Papan Arduino UNO memiliki 6 pin analog A0 sampai A5. Digunakan untuk membaca sinyal atau sensor analog seperti sensor jarak, suhu dsb, dan mengubahnya menjadi nilai digital.

-LED Power Indicator

Lampu ini akan menyala dan menandakan Papan Arduino mendapatkan supply listrik dengan baik.

Bagian - bagian pendukung:

-RAM

RAM (Random Access Memory) adalah tempat penyimpanan sementara pada komputer yang isinya dapat diakses dalam waktu yang tetap, tidak memperdulikan letak data tersebut dalam memori atau acak. Secara umum ada 2 jenis RAM yaitu SRAM (Static Random Acces Memory) dan DRAM (Dynamic Random Acces Memory).

-ROM

ROM (Read-only Memory) adalah perangkat keras pada computer yang dapat menyimpan data secara permanen tanpa harus memperhatikan adanya sumber listrik. ROM terdiri dari Mask ROM, PROM, EPROM, EEPROM.

Block Diagram Mikrokontroler ATMega 328P pada Arduino UNO

Adapun block diagram mikrokontroler ATMega 328P dapat dilihat pada gambar berikut:

Block diagram dapat digunakan untuk memudahkan / memahami bagaimana kinerja dari mikrokontroler ATMega 328P.

Pin-pin ATMega 328P:

Rangkaian Mikrokontroler ATMega 328P pada Arduino UNO

6. Potensiometer

Potensiometer (POT) adalah salah satu jenis Resistor yang Nilai Resistansinya dapat diatur sesuai dengan kebutuhan Rangkaian Elektronika ataupun kebutuhan pemakainya. Potensiometer merupakan Keluarga Resistor yang tergolong dalam Kategori Variable Resistor. Secara struktur, Potensiometer terdiri dari 3 kaki Terminal dengan sebuah shaft atau tuas yang berfungsi sebagai pengaturnya.

7. Switch SPDT

Saklar yang mempunyai satu masukan dan dua keluaran berbeda disebut SPDT. Istilah SPDT adalah singkatan dari Single Pole Double Throw Switch yang digunakan untuk mengontrol dua rangkaian berbeda melalui input tunggal yang serupa. Pengoperasian saklar ini dapat dilakukan secara manual atau disertakan melalui kumparan elektromagnetik.

Contoh terbaik dari Single Pole Double Throw Switch adalah relai terminal keluaran ACS 550 atau 800 VFD. Disini konfigurasi saklar relay dapat dilakukan seperti satu masukan dengan dua keluaran yang berbeda. Simbol skema saklar SPDT ditunjukkan di bawah ini.

Simbol Saklar SPDT

Struktur Sakelar SPDT

Struktur dasar saklar ini ditunjukkan di bawah ini. Struktur ini meliputi tiang, lempar, buka dan tutup.

8. Motor DC

Terdapat dua bagian utama pada sebuah Motor Listrik DC, yaitu Stator dan Rotor. Stator adalah bagian motor yang tidak berputar, bagian yang statis ini terdiri dari rangka dan kumparan medan. Sedangkan Rotor adalah bagian yang berputar, bagian Rotor ini terdiri dari kumparan Jangkar. Dua bagian utama ini dapat dibagi lagi menjadi beberapa komponen penting yaitu diantaranya adalah Yoke (kerangka magnet), Poles (kutub motor), Field winding (kumparan medan magnet), ArmatureWinding (Kumparan Jangkar), Commutator (Komutator)dan Brushes (kuas/sikat arang).

Pada prinsipnya motor listrik DC menggunakan fenomena elektromagnet untuk bergerak, ketika arus listrik diberikan ke kumparan, permukaan kumparan yang bersifat utara akan bergerak menghadap ke magnet yang berkutub selatan dan kumparan yang bersifat selatan akan bergerak menghadap ke utara magnet. Saat ini, karena kutub utara kumparan bertemu dengan kutub selatan magnet ataupun kutub selatan kumparan bertemu dengan kutub utara magnet maka akan terjadi saling tarik menarik yang menyebabkan pergerakan kumparan berhenti

Untuk menggerakannya lagi, tepat pada saat kutub kumparan berhadapan dengan kutub magnet, arah arus pada kumparan dibalik. Dengan demikian, kutub utara kumparan akan berubah menjadi kutub selatan dan kutub selatannya akan berubah menjadi kutub utara. Pada saat perubahan kutub tersebut terjadi, kutub selatan kumparan akan berhadap dengan kutub selatan magnet dan kutub utara kumparan akan berhadapan dengan kutub utara magnet. Karena kutubnya sama, maka akan terjadi tolak menolak sehingga kumparan bergerak memutar hingga utara kumparan berhadapan dengan selatan magnet dan selatan kumparan berhadapan dengan utara magnet. Pada saat ini, arus yang mengalir ke kumparan dibalik lagi dan kumparan akan berputar lagi karena adanya perubahan kutub. Siklus ini akan berulang-ulang hingga arus listrik pada kumparan diputuskan.

9. Ground

Ground Berfungsi sebagai untuk meniadakan beda potensial dengan mengalirkan arus sisa dari kebocoran tegangan atau arus pada rangkaian

5. Percobaan [Kembali]

a) Prosedur [Kembali]

Download library yang diperlukan pada bagian download dalam blog.
Buka proteus yang sudah diinstal untuk membuat rangkaian.
Tambahkan komponen seperti Arduino, sensor, dan perangkat lainnya lalu susun menjadi rangkaian.
Buka Arduino IDE yang sudah diinstal.
Di Arduino IDE, pergi ke menu "File" > "Preferences".Pastikan opsi
"Show verbose during compile" dicentang untuk mendapatkan informasi detail saat kompilasi.
Salin kode program Arduino pada blog kemudian tempelkan program tadi ke Arduino IDE.
Kompilasikan kode dengan menekan tombol "Verify" di Arduino IDE.
Cari dan salin path file HEX yang dihasilkan selama proses kompilasi.
Kembali ke Proteus dan pilih Arduino yang telah Anda tambahkan di rangkaian.
Buka opsi "Program File" dan tempelkan path HEX yang telah Anda salin dari Arduino IDE.
Jalankan simulasi di Proteus.

b) Diagram blok [Kembali]

c) Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja [Kembali]

Sebelum disimulasi

Setelah disimulasi

Kondisi 1 Jarak jauh

Kondisi 2 Jarak dekat

Prinsip Kerja

Sistem pintu otomatis di mal mengintegrasikan tiga jenis sensor: ultrasonik, sound sensor, dan PIR sensor, untuk memberikan pengalaman pengguna yang efisien dan responsif. Setiap sensor memiliki peran dan tugas khusus yang berkontribusi pada keseluruhan operasi sistem.

Pertama-tama, sensor ultrasonik bertanggung jawab untuk mengukur jarak antara pintu otomatis dan objek di sekitarnya. Terletak di sekitar pintu, sensor ini bekerja dengan mengirimkan gelombang ultrasonik dan mengukur waktu tempuhnya untuk kembali setelah memantul dari objek. Tugas utamanya adalah memberikan informasi akurat tentang jarak objek terdekat dari pintu. Ketika sensor ultrasonik mendeteksi objek pada jarak 0 hingga 120 cm, ini menjadi sinyal bagi sistem untuk merespons dengan membuka atau menutup pintu secara otomatis.

Selanjutnya, sound sensor berperan dalam mendeteksi keberadaan suara di sekitar pintu. Sound sensor mendeteksi gelombang suara dan memberikan sinyal apakah ada aktivitas suara yang dapat diinterpretasikan sebagai keberadaan pengguna. Jika sound sensor aktif dan mendeteksi suara, hal ini dapat menunjukkan bahwa ada pengguna yang mendekati pintu. Informasi ini berguna untuk meningkatkan responsivitas sistem terhadap keberadaan pengguna di sekitar pintu otomatis.

Terakhir, PIR sensor (Passive Infrared) berperan penting dalam mendeteksi manusia disekitar pintu. Ditempatkan di sekitar pintu, PIR sensor memberikan informasi tentang keberadaan objek bergerak. Jika PIR sensor mendeteksi gerakan, ini dapat menjadi petunjuk bahwa ada pengguna yang mendekati pintu dan perlu memberikan respon segera.

Secara keseluruhan, tugas dari masing-masing sensor adalah memberikan input yang berguna bagi sistem pintu otomatis untuk membuat keputusan yang tepat. Sensor ultrasonik memberikan informasi jarak objek terdekat, sound sensor memberikan informasi tentang adanya suara di sekitar pintu, dan PIR sensor mendeteksi gerakan yang mengindikasikan keberadaan pengguna. Integrasi data dari ketiga sensor ini memungkinkan sistem untuk merespons dengan cepat dan efektif terhadap kehadiran pengguna dan lingkungan sekitarnya.

d) Flowchart dan Listing Program [Kembali]

Visual designer

Loop1

Loop 2

Listing Program

e). Kondisi [Kembali]

Secara keseluruhan, tugas dari masing-masing sensor adalah memberikan input yang berguna bagi sistem pintu otomatis untuk membuat keputusan yang tepat. Sensor ultrasonik memberikan informasi jarak objek terdekat, sound sensor memberikan informasi tentang adanya suara di sekitar pintu, dan PIR sensor mendeteksi gerakan yang mengindikasikan keberadaan pengguna. Integrasi data dari ketiga sensor ini memungkinkan sistem untuk merespons dengan cepat dan efektif terhadap kehadiran pengguna dan lingkungan sekitarnya.

Marsanda Nabilla

Modul 1 (Aplikasi I/O Sederhana jarak & suara)