Proposal Sistem Rekayasa ( DOC)
Thermometer Digital Non Contact Berbasis Mikrokontroler Arduino Nano
Oleh:
Timotius Jansen Ginting (1710953010)
Deminggus Kurnia Putra (1710951038 )
Pembimbing:
Darwison, MT.
NIP. 19640914 199512 1 001
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS ANDALAS
2020
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam perkembangan teknologi kesehatan yang semakin modern dan canggih, hamper semua alat kesehatan dibuat agar operator dapat dengan mudah mengoperasikan alat tersebut dengan meubah alat kesehatan yang dulunya manual menjadi digital. Hal ini dapat kita ambil contoh misalnya alat pengukur suhu badan atau disebut thermometer. Termometer adalah alat yang dapat memberitahu keadaan suhu tubuh seseorang dalam keadaan normal ataupun abnormal (demam maupun suhu rendah). Thermometer dahulu menggunakan air raksa untuk pembacaan pengukuran suhu badan dan hal tersebut terkadang kurang efisien.
Selama masa pandemi covid-19 penggunaan thermometer digital meningkat tajam ,terutama penggunaan thermo gun yang di setiap tempat kerja,sekolah,rumah sakit, atau temapt umum lainnya pasti memakai thermo gun disetiap pintu masuknya. Penggunaan thermo gun biasanya digunakan langsung untuk mengukur suhu tubuh dengan mengarahkan langsung kepada bagian dahi seseorang. Proses pengukuran seperti ini kurang efektif karena membutuhkan tenaga manusia dan kontak dekat dengan sesorang yang akan diukur suhu tubuhnya.
Berawal dari fenomena tersebut, maka dilakukan perancangan alat yang berjudul “Thermometer Digital Non Contact Berbasis Mikrokontroler Arduino Nano”. Diharapkan alat ini dapat memudahkan pengukuran suhu tubuh secara otomatis tanpa tenaga manusia dan meminimalisir kontak antara orang yang mengecek suhu dengan thermo gun dengan orang yang dicek suhunya.
1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang diatas, dapat dibuat rumusan masalah sebagai berikut: Memberikan kemudahan dalam pengukuran suhu tubuh seseorang yang ingin memasuki suatu ruangan secara otomatis dibandingkan dengan thermo gun yang membutuhkan tenaga manusia dalam pengoperasiannya. Alat ini diharapkan memudahkan dan membantu agar pengecekan suhu tubuh tidak memerlukan orang yang harus standby dengan thermo gun setiap saat. Alat pengukur suhu tubuh dalam penggunaannya memerlukan beberapa komponen berupa sensor,mikrokontroler yang baik agar menciptakan alat yang akurat karena digunakan untuk mendeteksi suhu tubuh manusia.
1.3 Batasan Masalah
Agar dalam pembahasan alat ini tidak terjadi pelebaran masalah dalam penyajiannya, penulis membatasi pokok-pokok batasan yang dibahas yaitu:
1. Alat ini digunakan untuk mengukur suhu tubuh manusia, dengan keluaran angka pada LCD.
2. Pengukuran suhu antara 30 – 40Celcius.
3. Alat ini menggunakan sensor MLX90614
4. Rangkaian menggunakan mikrokontroller Arduino Nano
5. Rangkaian di supply oleh tegangan dari baterai powerbank 5 volt
1.4 Tujuan Desain
Adapun tujuan dari perancangan alat ini adalah:
1. Untuk Menghasilkan alat pengecek suhu otomatis yang dapat ditempatkan di pintu masuk suatu tempat yang membutuhkan pengecekan suhu tubuh
2. Memberikan kemudahan dibanding thermo gun yang memerlukan orang dalam pengoperasiannya
1.5 Manfaat Desain
1.5.1 Manfaat Teoritis
Menambah pengetahuan dan mengembangkan kemampuan mahasiswa dalam perancangan pembuatan alat terutama pengaplikasian sensor suhu, serta pemahaman mengenai program mikrokontroler.
1.5.2 Manfaat Praktis
Memudahkan pengecekan suhu tubuh seseorang secara otomatis tanpa membutuhkan orang dalam pengoperasiannya setiap saat..
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Prinsip Dasar
Termometer adalah aat yang digunakan untuk mengukur suhu (temperature), ataupun perubahan suhu. Istilah thermometer berasal dari bahasa latin thermo yang berarti bahang dan meter yang berarti untuk mengukur. Pengukuran suhu dapat dilakukan menggunakan sensor. Sensor yang digunakan untuk mengukur suhu terbagi dua yakni sensor kontak dan sensor non-kontak.
Beberapa sensor kontak adalah termokopel, termistor dan RTDs. Salah satu sensor non-kontak adalah non-kontak thermometer. Alat ini mengukur panas (energy infra merah) dari objek dengan memfokuskan energi ini melalui system optic menggunakan detector. Signal dari detector kemudian disajikan dalam suhu setelah melalui serangkaian proses.
Non-contact thermometer merupakan sebuah alat ukur suhu yang bisa mengukur temperature atau suhu tanpa harus bersentuhan dengan objek yang hendak diukur suhunya. Non-contact thermometer memberikan kemampuan untuk mendeteksi suhu secara optic selama objek diamati, energy sinar infra merah diukur dan disajikan sebagai suhu.
Infra merah merupakan sinar yang memiliki frekuensi lebih rendah dari pada frekuensi sinar tampak atau memiliki panjang gelombang yang lebih panjang dari pada gelombang sinar tampak,dengan begitu sinar infra merah tidak dapat dilihat secara kassat mata, namun sinar infra merah dapat dirasakan.
Desain utama non-contact thermometer terdiri dari lenda pemfokusan energy infra merah pada detector, dapat mengubah energy menjadi sinyal elektrik yang bisa ditunjukkan dalam unit temperature setelah disesuaikan dengan variasi temperature lingkungan. Konfigurasi fasilitas pengukuran suhu ini bekerja dari jarak tertentu tanpa menyentuh objek. Dengan demikian, non-contact thermometer berguna mengukur suhu pada keadaan termokopel atau sensor tipe lainnya tidak dapat digunakan atau tidak menghasilkan suhu yang akurat untuk beberapa pengukuran.
2.1 Infra Merah
Infra merah merupakan radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang lebih panjang dari cahaya tampak, tetapi lebih pendek dari radiasi gelombang radio. Dari bahasa latin infra, artinya “bawah” dan merah merupakan warna dari chaya tampak dengan gelombang terpanjang. Dengan panjang gelombang ini maka cahaya infra merah ini akan tidak tampak oleh mata namun radiasi panas yang ditimbulkan masih terasa atau dideteksi.
Sinar infra merah dihasilkan oleh getaran atom-atom dalam suatu molekul. Telah diketahui bahwa benda panas akibat aktivitas (getaran) atomic dan molekuler dadalamnya dianggap memancarkan gelombang ppanas dalam bentuk sinar infra merah. Oleh karena itu, sinar infra merah sering disebut radiasi panas. Getaran atom dalam suatu molekul akan memancarkan gelombang elektromagnetik pada frekuensi-frekuensi yang khas dalam daerah infra merah. Adapun karakteristik dari infrared atau infra merah yaitu sebagai berikut:
1. Tidak dapat dilihat oleh manusia
2. Tidak dapat menembus materi yang tidak tembus pandang.
3. Panjang gelombang pada infrared memiliki hubungan yang berlawanan atau berbanding terbalik dengan suhu. Ketika suhu mengalami kenaikan, maka panjang gelombang mengalami penurunan.
2.3 Sensor MLX90614
Sensor MLX90614 merupakan sensor yang digunakan untuk mengukur suhu dengan memanfaatkan radiasi gelombang infra merah. Sensor ini didesain khusus untuk mendeteksi energy radiasi infra merah dan secara otomatis telah didesain sehingga dapat mengalibrasikan energy radiasi infra merah menjadi skala temperature. MLX90614 terdiri dari detector thermopile infra merah dan signal conditioning yang digunakan untuk memproses keluaran dari sensor infra merah. Pada thermopile terdiri dari layer-layer atau membrane yang terbuat dari silicon dan mengandung banyak sekali termokopel sehingga radiasi infra merah pada sensor ini berfungsi sebagai pendeteksi intensitas radiasi infra merah yang dipancarkan objek/benda uji.
Gambar Sensor MLX 90614
Sensor MLX90614 dapat langsung digunakan dengan Arduino Nano V3 dengan komunikasi I2C, sensor ini merupakan sensor tanpa kontak, kita dapat langsung mendapatkan informasi tentang suhu suatu objek tanpa harus melakukan kontak terhadap sensor tersebut. Resolusi dan keakuratan sensor ini sangat tinggi dan minim noise karena 17–bit ADC yang terdapat di dalamnya .
Sensor MLX90614 dapat mendeteksi suhu tanpa perlu melakukan kontak terhadap benda uji. Sensor ini memberikan pembacaan rata-rata suhu dari semua objek yang ter-cover oleh view dari sensor, sehingga tidak mutlak bila digunakan sebagai referensi untuk suatu objek secara utuh. Berikut fitur lengkap dari sensor MLX90614:
1.Ukuran kecil dan hemat biaya
2. Mudah untuk menginteraksikan
3. Kalibrasi pabrikan dengan rentang suhu:
a. -40 sampai +85oC untuk sensor suhu
b . -70 sampai +380oC untuk sensor objek
4. Tingkat akurasi 0,5oC
5. Resolusi pengukuran 0,02oC
2.4 Sensor Ultrasonik
Sensor ini merupakan sensor ultrasonik siap pakai, satu alat yang berfungsi sebagai pengirim, penerima, dan pengontrol gelombang ultrasonik. Alat ini bisa digunakan untuk mengukur jarak benda dari 2cm - 4m dengan akurasi 3mm. Alat ini memiliki 4 pin, pin Vcc, Gnd, Trigger, dan Echo. Pin Vcc untuk listrik positif dan Gnd untuk ground-nya. Pin Trigger untuk trigger keluarnya sinyal dari sensor dan pin Echo untuk menangkap sinyal pantul dari benda.
Karakteristik HC-SR04 :
· Tegangan sumber operasi tunggal 5.0 V
· Konsumsi arus 15 mA
· Frekuensi operasi 40 KHz
· Minimum pendeteksi jarak 0.02 m (2 cm)
· Maksimum pendeteksian jarak 4 m
· Sudut pantul gelombang pengukuran 15 derajat
· Minimum waktu penyulutan 10 mikrodetik dengan pulsa berlevel TTL
· Pulsa deteksi berlevel TTL dengan durasi yang bersesuaian dengan jarak deteksi
· Dimensi 45 x 20 x 15 mm
Berikut adalah visualisasi dari sinyal yang dikirimkan oleh sensor HC-SR04
Nilai jarak dapat diperoleh melalui rumus berikut ini :
Jarak (cm) = Lama Waktu Pantul (uS) / 29.034 / 2
Rumus jarak didapat dari pembagian lama waktu pantul dengan kecepatan gelombang ultrasonik dan dibagi 2 karena pada saat pemantulan terjadi dua kali jarak tempuh antara sensor dengan objek. Yaitu pada saat gelombang dipancarkan dari transmitter ke objek dan pada saat gelombang memantul ke receiver ultrasonik.
2.5 Arduino Nano V3
Arduino merupakan sebuah platform dari physical computing yang bersifat open source. Pertama-tama perlu dipahami bahwa kata “platform” di sini adalah sebuah pilihan kata yang tepat. Arduino tidak hanya sekedar sebuah alat pengembangan, tetapi ia adalah kombinasi dari hardware, bahasa pemrograman dan Integrated Development Environment (IDE) yang canggih. IDE adalah sebuah software yang sangat berperan untuk menulis program, meng-compile menjadi kode biner dan meng-upload ke dalam memory microcontroller .
Arduino Nano adalah salah satu papan pengembangan mikrokontroler yang berukuran kecil, lengkap dan mendukung penggunaan breadboard. Arduino Nano diciptakan dengan basis mikrokontroler ATmega328 (untuk Arduino Nano versi 3.x) atau ATmega 168 (untuk Arduino versi 2.x). Arduino Nano kurang lebih memiliki fungsi yang sama dengan Arduino Duemilanove, tetapi dalam paket yang berbeda. Arduino Nano tidak menyertakan colokan DC berjenis Barrel Jack, dan dihubungkan ke komputer menggunakan port USB Mini-B. Arduino Nano dirancang dan diproduksi oleh perusahaan Gravitech .
Gambar Arduino Nano
Konfigurasi pin Arduino Nano memiliki 30 Pin. Berikut:
Konfigurasi pin Arduino Nano:
1. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya digital.
2. GND merupakan pin ground untuk catu daya digital.
3. AREF merupakan referensi tegangan untuk input analog. Digunakan dengan fungsi analogReference().
4. RESET merupakan Jalur LOW ini digunakan untuk me-reset (menghidupkan ulang) mikrokontroler. Biasanya digunakan untuk menambahkan tombol reset pada shield yang menghalangi papan utama Arduino
5. Serial RX (0) merupakan pin yang berfungsi sebagai penerima TTL data serial.
6. Serial TX (1) merupakan pin yang berfungsi sebagai pengirim TT data serial.
7. External Interrupt (Interupsi Eksternal) merupakan pin yang dapat dikonfigurasi untuk memicu sebuah interupsi pada nilai yang rendah, meningkat atau menurun, atau perubahan nilai.
8. Output PWM 8-Bit merupakan pin yang berfungsi untuk analogWrite.
9. SPI merupakan pin yang berfungsi sebagai pendukung komunikasi.
10. LED merupakan pin yang berfungsi sebagai pin yang di set bernilai HIGH, maka LED akan menyala, ketika pin di set bernilai LOW maka LED padam. LED tersedia secara built-in pada papan Arduino Nano.
11. Input Analog (A0-A7) merupakan pin yang berfungsi sebagai pin yang dapat diukur/diatur dari mulai Ground sampai dengan 5 Volt, juga memungkinkan untuk mengubah titik jangkauan tertinggi atau terendah mereka menggunakan fungsi analogReference.
2. 6. Buzzer
Buzzer Listrik adalah sebuah komponen elektronika yang dapat mengubah sinyal listrik menjadi getaran suara. Pada umumnya, Buzzer yang merupakan sebuah perangkat audio ini sering digunakan pada rangkaian anti-maling, Alarm pada Jam Tangan, Bel Rumah, peringatan mundur pada Truk dan perangkat peringatan bahaya lainnya. Jenis Buzzer yang sering ditemukan dan digunakan adalah Buzzer yang berjenis Piezoelectric, hal ini dikarenakan Buzzer Piezoelectric memiliki berbagai kelebihan seperti lebih murah, relatif lebih ringan dan lebih mudah dalam menggabungkannya ke Rangkaian Elektronika lainnya. Buzzer yang termasuk dalam keluarga Transduser ini juga sering disebut dengan Beeper.
Piezoelectric Buzzer adalah jenis Buzzer yang menggunakan efek Piezoelectric untuk menghasilkan suara atau bunyinya. Tegangan listrik yang diberikan ke bahan Piezoelectric akan menyebabkan gerakan mekanis, gerakan tersebut kemudian diubah menjadi suara atau bunyi yang dapat didengar oleh telinga manusia dengan menggunakan diafragma dan resonator.
Piezo Buzzer dapat bekerja dengan baik dalam menghasilkan frekuensi di kisaran 1 – 5 kHz hingga 100 kHz untuk aplikasi Ultrasound. Tegangan Operasional Piezoelectric Buzzer yang umum biasanya berkisar diantara 3Volt hingga 12 Volt. komponen buzzer:
2.7 Arduino Integrated Development Environment (IDE)
Bahasa pemrograman Arduino adalah bahasa processing yang mirip dengan bahasa “C” dan “java”. Tetapi bahasa ini sudah dipermudah menggunakan fungsi-fungsi yang sederhana sehingga pemula pun bisa mempelajarinya dengan cukup mudah. Sebelum dijual ke pasaran, IC mikrokontroler Arduino telah ditanamkan suatu program bernama bootloader yang berfungsi sebagai penengah antara compiler Arduino dengan mikrokontroler. Untuk membuat program Arduino dan meng- upload ke dalam board Arduino, dibutuhkan software Arduino Integrated Development Environment (IDE) .
Arduino IDE (Integrated Development Environment) adalah sebuah perangkat lunak yang digunakan untuk mengembangkan pemrograman aplikasi mikrokontroler mulai dari menuliskan source program, kompilasi, upload hasil kompilasi dan uji coba secara terminal serial . Perangkat lunak ini berupa algoritme kerja dari suatu alat yang berbentuk listing program yang ditanamkan ke dalam mikrokontroler. Arduino IDE menghasilkan sebuah file berformat hex yang akan di download pada papan Arduino atau papan sistem mikrokontroler lainnya .
Gambar Arduino IDE
Program yang ditulis dengan menggunakan Arduino IDE disebut sebagai sketch. Sketch ditulis dalam suatu editor teks dan disimpan dalam file dengan ekstensi “ino”. Teks editor pada Arduino IDE memiliki fitur-fitur seperti cutting/paste dan searching/replacing sehingga memudahkan pengguna dalam menulis kode program. Instruksi pada perangkat lunak Arduino IDE relatif cukup banyak dan mudah digunakan. Sketch yang dibuat di Arduino Software di-compile dengan perintah verify. Verify bertujuan untuk memeriksa apakah sketch yang telah kita buat terdapat kesalahan atau tidak .
Gambar Tampilan Awal Arduino IDE
Gambar di atas merupakan tampilan awal dari Arduino IDE yang berjalan pada operasi sistem windows. Source code yang telah dibuat kemudian diubah oleh compiler menjadi bahasa mesin yang dimengerti oleh mikrokontroler. Bahasa mesin tersebut terdapat pada file dengan bentuk format “.cpp”,“.hex” yang kemudian program tersebut dikirim ke dalam board Arduino langsung dengan perintah upload .
Pada Software Arduino IDE, terdapat semacam message box berwarna hitam yang berfungsi menampilkan status, seperti pesan error, compile, dan upload program. Di bagian bawah paling kanan software Arduino IDE, menunjukkan board yang terkonfigurasi beserta COM Ports yang digunakan. Adapun ikon-ikon pada tampilan Arduino sebagai berikut:
1. Verify
Berfungsi untuk melakukan checking kode yang telah dibuat apakah sudah sesuai dengan kaidah pemrograman yang ada atau belum
2. Upload
Berfungsi untuk melakukan kompilasi program atau kode yang telah dibuat menjadi bahasa yang dapat dipahami oleh Arduino.
3.New
Berfungsi untuk membuat sketch baru
4. Open
Berfungsi untuk membuka sketch yang pernah dibuat dan membuka kembali untuk dilakukan editing atau sekedar upload ulang ke Arduino.
5. Save
Berfungsi untuk menyimpan sketch yang telah dibuat.
6. Serial Monitor
Berfungsi untuk membuka serial monitor. Serial monitor di sini merupakan jendela yang menampilkan data apa saja yang dikirimkan atau dipertukarkan antara Arduino dengan sketch pada port serialnya. Serial Monitor ini sangat berguna sekali ketika ingin membuat program atau melakukan debugging tanpa menggunakan LCD pada Arduino. Serial monitor ini dapat digunakan untuk menampilkan nilai proses, nilai pembacaan, bahkan pesan error.
2.8 Liquid Crystal Display (LCD)
LiquidCrystal Display (LCD) adalah suatu jenis media tampilan yang menggunakan Kristal cair sebagai penampilan utama. LCD merupakan display yang serbaguna, karena dapat digunakan untuk menampilkan berbagai tampilan baik berupa huruf, angka dan karakter lainnya serta dapat menampilkan berbagai macam tulisan maupun pesan-pesan pendek lainnya. Penampil yang dipakai adalah LCD 16x2 bisa dilihat pada gambar LCD digunakan untuk menampilkan informasi apa yang sedang dikerjakan oleh system kendali. 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).
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.
2.9 Mata Kuliah Yang Terkait
- Sensor
- Mikrokontroler dan Mikroprosesor
BAB III
METODA PELAKSANAAN
3.1 Tahapan Kegiatan
1. Pembuatan Rangkain Alat Pada Software
Rangkaian alat akan di buat di dalam software proteus sebagai acuan nantinya dalam merakit alat yang di buat, selain itu simulasi dari rangkaian alat akan dilakukan dalam software proteus
2. Pembuatan Program Arduino
Alat yang akan dibuat harus memiliki program adruino karena memakai mikrokontroler berupa arduino nano yang mana program arduino dibutuhkan untuk memproses data yang diberikan input berupa sensor MLX 90614 untuk ditampilkan output pada LCD
3. Perakitan Alat
Setelah rangkaian alat pada software telah jadi maka selanjutnya alat akan dirangkai sesuai dengan rangkaian pada software Proteus
4. Uji Coba Alat
Alat yang telah dirangkai akan di uji terlebih dahulu dengan mamasukkan program arduino kedalam arduino nano dan melihat bagaimana hasil kerja dari alat yang telah dirangkai
5. Perbaikan Kinerja Alat
Setelah Uji coba alat, maka kesalahan dan error pada alat akan di perbaiki sehingga kinerja alat lebih baik dan memperkecil kesalahan alat saat dijalankan
6. Pembuatan kemasan Alat
Alat yang telah melalui tahap uji coba dan perbaikan selanjutnya diberikan kemasan agar alat tampak lebih rapi
3.2 Jadwal Kegiatan
Proses pembuatan alat ini direncanakan dalam waktu 5 minggu seperti penjabaran tabel di bawah
3.3 Pembagian Kerja di Kelompok
Tidak ada komentar: