PROJECT M4 - PROTOTYPE SISTEM KENYAMANAN TERMAL

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan
2. Tujuan
3. Alat dan Bahan
4. Dasar Teori
5. Percobaan
     a. Prosedur
     b. hardware
     c. Rangkaian Simulasi & Prinsip Kerja
     d. Flowchart
     e. Video Demo
     f. Download File

 LAPORAN AKHIR DEMO PROJECT

PROTOTYPE SISTEM KENYAMANAN TERMAL SEBAGAI MEDIA EDUKASI BAGI MASYARAKAT HUNTARA PASCA BENCANA BERBASIS STM32 BLUE PILL

1. Pendahuluan [Kembali]

Bencana alam seperti gempa bumi, banjir, tanah longsor, maupun letusan gunung berapi sering kali mengakibatkan kerusakan infrastruktur dan memaksa masyarakat untuk tinggal sementara di Hunian Sementara (Huntara). Dalam kondisi pasca bencana, aspek kenyamanan lingkungan menjadi salah satu faktor penting yang memengaruhi kesehatan, produktivitas, dan kualitas hidup masyarakat. Salah satu aspek yang sangat berpengaruh adalah kenyamanan termal, yaitu kondisi lingkungan yang memberikan rasa nyaman terhadap suhu, kelembapan, kualitas udara, dan pencahayaan di dalam ruangan. Namun, kondisi Huntara yang umumnya dibangun secara cepat dan sederhana sering kali memiliki ventilasi yang terbatas, suhu yang tinggi pada siang hari, kelembapan yang tidak stabil, serta kualitas udara yang kurang baik akibat aktivitas penghuni maupun lingkungan sekitar.

Pemantauan kondisi lingkungan di Huntara pada umumnya masih dilakukan secara manual dan bergantung pada persepsi masing-masing penghuni. Cara ini memiliki berbagai keterbatasan karena tidak mampu memberikan informasi yang akurat dan berkelanjutan mengenai kondisi suhu, kelembapan, kualitas udara, maupun pencahayaan ruangan. Akibatnya, penghuni sering kali baru menyadari adanya kondisi lingkungan yang tidak nyaman ketika dampaknya sudah dirasakan, seperti rasa gerah, sesak akibat kualitas udara yang buruk, atau gangguan kenyamanan saat beraktivitas maupun beristirahat.

Seiring perkembangan teknologi elektronika dan sistem embedded, berbagai sensor lingkungan kini dapat digunakan untuk melakukan pemantauan kondisi ruangan secara otomatis dan real-time. Teknologi tersebut memungkinkan pengukuran parameter lingkungan secara lebih akurat sehingga dapat digunakan sebagai dasar pengambilan keputusan dalam meningkatkan kenyamanan penghuni. Selain itu, penerapan teknologi sensor juga dapat menjadi sarana edukasi bagi masyarakat untuk memahami pentingnya menjaga kualitas lingkungan tempat tinggal, terutama dalam kondisi pasca bencana yang membutuhkan perhatian khusus terhadap kesehatan dan kenyamanan.

Berdasarkan permasalahan tersebut, dirancang sebuah Prototype Sistem Kenyamanan Termal Sebagai Media Edukasi Bagi Masyarakat Huntara Pasca Bencana Berbasis STM32 Blue Pill. Sistem ini memanfaatkan mikrokontroler STM32 Blue Pill sebagai pusat kendali yang terintegrasi dengan beberapa sensor, yaitu sensor suhu dan kelembapan DHT11/DHT22 untuk memantau kondisi termal ruangan, sensor kualitas udara MQ-135 untuk mendeteksi tingkat pencemaran udara dan keberadaan gas tertentu, serta sensor LDR untuk mengukur intensitas cahaya lingkungan. Data yang diperoleh dari sensor kemudian diolah oleh STM32 Blue Pill dan ditampilkan melalui layar OLED sebagai media informasi yang mudah dipahami oleh pengguna.

Selain memberikan informasi kondisi lingkungan secara real-time, sistem ini juga dilengkapi dengan beberapa perangkat keluaran sebagai indikator dan aktuator otomatis. LED hijau, kuning, dan merah digunakan untuk menunjukkan tingkat kenyamanan suhu ruangan, sedangkan buzzer berfungsi sebagai alarm peringatan ketika kondisi lingkungan berada pada kategori yang tidak aman. Untuk meningkatkan sirkulasi udara, sistem mengendalikan exhaust fan melalui relay yang akan aktif secara otomatis ketika suhu atau kualitas udara melebihi batas yang telah ditentukan. Sensor LDR juga digunakan untuk mengoptimalkan tampilan sistem berdasarkan kondisi pencahayaan lingkungan sehingga penggunaan energi menjadi lebih efisien.

Dibandingkan dengan metode pemantauan lingkungan secara konvensional yang hanya mengandalkan pengamatan manusia, sistem ini menawarkan kemampuan monitoring yang lebih akurat, berkelanjutan, dan responsif terhadap perubahan kondisi lingkungan. Integrasi berbagai sensor memungkinkan sistem memberikan informasi yang lebih komprehensif mengenai kenyamanan termal di dalam Huntara sekaligus melakukan tindakan otomatis untuk membantu menciptakan lingkungan yang lebih nyaman bagi penghuninya.

Melalui pengembangan prototype ini, diharapkan masyarakat Huntara pasca bencana tidak hanya memperoleh manfaat berupa peningkatan kenyamanan lingkungan tempat tinggal, tetapi juga mendapatkan edukasi mengenai pentingnya menjaga suhu, kelembapan, kualitas udara, dan pencahayaan yang sehat. Dengan demikian, sistem ini dapat menjadi media pembelajaran sekaligus solusi teknologi sederhana yang mendukung peningkatan kualitas hidup masyarakat dalam masa pemulihan pasca bencana.

 2. Tujuan [Kembali]

A. Meningkatkan Kenyamanan Termal di Lingkungan Huntara

Mengembangkan prototype sistem kenyamanan termal yang mampu memantau kondisi suhu, kelembapan, kualitas udara, dan intensitas cahaya secara real-time sehingga dapat membantu menciptakan lingkungan Huntara yang lebih nyaman dan sehat bagi masyarakat pasca bencana.

B. Mengotomatisasi Pengendalian Lingkungan Ruangan

Merancang sistem berbasis STM32 Blue Pill yang bekerja secara otomatis dalam mengendalikan perangkat keluaran seperti exhaust fan, LED indikator, dan buzzer berdasarkan data yang diperoleh dari sensor, sehingga dapat mengurangi ketergantungan terhadap pengawasan dan pengendalian secara manual.

C. Memberikan Informasi dan Peringatan Secara Cepat dan Mudah Dipahami

Menyediakan tampilan informasi kondisi lingkungan melalui layar OLED serta indikator visual dan audio berupa LED dan buzzer untuk memberikan peringatan dini ketika suhu, kualitas udara, atau kondisi lingkungan berada di luar batas kenyamanan yang telah ditentukan.

D. Meningkatkan Edukasi Masyarakat Mengenai Kenyamanan Lingkungan

Memanfaatkan prototype sebagai media edukasi bagi masyarakat Huntara pasca bencana agar lebih memahami pentingnya menjaga kualitas udara, suhu, kelembapan, dan pencahayaan lingkungan guna mendukung kesehatan, kenyamanan, serta kualitas hidup sehari-hari.

E. Mengoptimalkan Pemanfaatan Teknologi Sensor dalam Sistem Monitoring Lingkungan

Mengevaluasi dan mengintegrasikan kinerja sensor DHT11/DHT22, MQ-135, dan LDR dalam satu sistem yang terpadu untuk menghasilkan pemantauan kondisi lingkungan yang akurat, responsif, dan mudah diterapkan sebagai solusi teknologi sederhana di lingkungan Huntara.

3. Alat dan Bahan [Kembali]

3.1. Alat

3.1.1 Multimeter

                                            Gambar 1. Digital Multimeter

    Multimeter adalah alat ukur elektronik yang digunakan untuk mengukur berbagai parameter listrik seperti tegangan (volt), arus (ampere), dan resistansi (ohm). Multimeter dapat berbentuk digital maupun analog. Berikut merupakan fungsi dari multimeter:

a. Mengukur Tegangan (Voltage): Multimeter dapat mengukur tegangan listrik dalam rangkaian, baik tegangan searah (DC) maupun tegangan bolak-balik (AC). Rentang pengukuran tegangan biasanya berkisar dari milivolt (mV) hingga ratusan volt (V).

b. Mengukur Arus (Current): Multimeter dapat mengukur aliran arus listrik dalam rangkaian. Multimeter digital dapat mengukur arus DC dan AC dengan rentang dari mikroampere (µA) hingga ampere (A). Untuk mengukur arus, multimeter harus disambungkan secara seri dengan rangkaian.

c. Mengukur Resistansi (Resistance): Multimeter dapat mengukur hambatan dalam komponen atau rangkaian. Satuan resistansi adalah ohm (Ω), dengan rentang pengukuran dari ohm hingga megaohm (MΩ).

d. Pengukuran Tambahan: Beberapa multimeter dilengkapi dengan fitur tambahan seperti pengukuran kapasitansi (farad), frekuensi (hertz), suhu (derajat Celsius atau Fahrenheit), serta tes dioda dan kontinuitas.

    Multimeter terbagi menjadi dua jenis utama, yaitu analog dan digital. Multimeter analog menggunakan jarum yang bergerak pada skala untuk menunjukkan nilai pengukuran. Kelebihannya termasuk kemampuan menunjukkan perubahan cepat dalam sinyal dan tidak memerlukan baterai untuk mengukur tegangan dan arus. Namun, multimeter analog cenderung kurang akurat dan lebih sulit dibaca dibandingkan dengan multimeter digital.

    Sebaliknya, multimeter digital menampilkan hasil pengukuran dalam bentuk angka pada layar LCD, menawarkan kemudahan baca dan akurasi yang lebih tinggi. Multimeter digital sering dilengkapi dengan fitur tambahan seperti pengukuran kapasitansi, frekuensi, dan suhu. Meskipun biasanya lebih mahal dan membutuhkan baterai untuk semua jenis pengukuran, multimeter digital menyediakan keunggulan dalam kemudahan penggunaan dan keakuratan. Fitur auto-ranging pada multimeter digital juga menambah kepraktisan, dengan secara otomatis memilih rentang pengukuran yang sesuai, sehingga mengurangi risiko kesalahan pengukuran dan kerusakan alat. Berikut ini merupakan cara menggunakan multimeter:

a. Pilih Mode Pengukuran:

    Langkah pertama dalam menggunakan multimeter adalah menentukan jenis pengukuran yang ingin dilakukan. Setel sakelar pada multimeter ke mode pengukuran yang diinginkan, apakah itu tegangan (volt), arus (ampere), atau resistansi (ohm). Pemilihan mode yang tepat sangat penting untuk mendapatkan hasil pengukuran yang akurat dan mencegah kerusakan pada multimeter.

b. Hubungkan Probes:

    Setelah mode pengukuran dipilih, langkah berikutnya adalah menghubungkan probe. Sambungkan probe merah ke terminal positif pada multimeter dan probe hitam ke terminal negatif. Kemudian, tempatkan ujung probe pada titik-titik yang akan diukur dalam rangkaian. Pastikan sambungan dilakukan dengan benar untuk menghindari kesalahan pengukuran dan untuk melindungi pengguna dari potensi bahaya listrik.

c. Baca Nilai:

    Setelah probes terhubung dengan benar, hasil pengukuran akan ditampilkan pada multimeter. Pada multimeter digital (DMM), nilai pengukuran akan muncul dalam bentuk angka pada layar LCD, yang memberikan pembacaan yang jelas dan akurat. Pada multimeter analog, hasil pengukuran akan ditunjukkan oleh jarum yang bergerak pada skala. Penting untuk membaca nilai dengan cermat dan memastikan jarum atau angka berada dalam rentang yang benar sesuai dengan pengaturan mode pengukuran yang telah dipilih.

3.1.2 Solder

Gambar 2. Solder

    Solder adalah alat yang digunakan untuk menggabungkan komponen elektronik atau logam dengan cara memanaskan dan melelehkan bahan solder sehingga dapat mengikat komponen yang akan disambung. Solder terdiri dari beberapa komponen utama, yaitu besi solder, timah solder, dan flux. Besi solder, atau soldering iron, adalah alat yang dipanaskan listrik untuk melelehkan timah solder. Ujung besi solder, yang disebut mata solder, terbuat dari logam tahan panas dan dirancang untuk mentransfer panas secara efisien ke titik penyolderan.

    Timah solder adalah paduan logam yang digunakan sebagai bahan pengikat dalam penyolderan. Timah solder tradisional terdiri dari campuran timah dan timbal, namun dengan meningkatnya kesadaran akan isu kesehatan dan lingkungan, kini banyak digunakan timah solder bebas timbal yang lebih aman. Timah solder biasanya memiliki inti yang berisi flux, yaitu zat kimia yang membantu menghilangkan oksida dari permukaan logam yang akan disolder, sehingga meningkatkan ikatan logam yang kuat dan tahan lama.

    Proses penyolderan dimulai dengan memanaskan besi solder hingga mencapai suhu yang cukup untuk melelehkan timah solder. Setelah besi solder panas, ujung mata solder ditempatkan pada titik sambungan, lalu timah solder diaplikasikan ke titik tersebut hingga meleleh dan mengalir mengikat komponen yang disambung. Penting untuk memastikan bahwa kedua permukaan yang disambung cukup panas untuk memastikan sambungan yang kuat dan mencegah sambungan yang dingin (cold joint), yang dapat menyebabkan kegagalan sambungan listrik.

3.1.3 Adaptor

Gambar 3. Baterai

    Adaptor  adalah perangkat elektronik yang berfungsi mengubah tegangan listrik AC (arus bolak-balik) dari sumber listrik utama menjadi tegangan DC (arus searah) yang lebih rendah. Adaptor ini terdiri dari komponen internal seperti transformator untuk menurunkan tegangan, penyearah untuk mengubah AC menjadi DC, dan kapasitor serta regulator untuk menghaluskan dan menstabilkan tegangan keluaran. Saat adaptor dicolokkan ke stop kontak dan dihubungkan ke perangkat, ia menyediakan daya listrik yang sesuai untuk mengoperasikan atau mengisi ulang perangkat tersebut. Adaptor umumnya digunakan untuk berbagai perangkat elektronik yang membutuhkan daya rendah hingga menengah. Meskipun fungsi utamanya sama, adaptor dapat memiliki berbagai ukuran dan bentuk konektor keluaran yang berbeda, disesuaikan dengan kebutuhan perangkat yang akan dihubungkan. Adaptor ini krusial dalam menyediakan daya yang aman dan stabil, melindungi perangkat elektronik dari kerusakan akibat tegangan yang tidak sesuai.

Spesifikasi :

Input : AC100-240V 50/60Hz

Output : DC 9V 2A

3.1.4  PCB (Printed Circuit Board)

Gambar 4. PCB

    PCB (Printed Circuit Board) adalah papan sirkuit yang digunakan untuk menghubungkan dan mendukung komponen elektronik secara permanen dalam suatu rangkaian. Berbeda dengan breadboard, PCB dibuat dengan jalur konduktor dari tembaga yang tercetak di atas substrat isolator, biasanya berbahan fiberglass atau resin, sehingga memungkinkan hubungan listrik yang lebih stabil dan presisi. PCB umumnya dibuat menggunakan desain khusus yang disesuaikan dengan fungsi rangkaian, dan dapat memiliki satu lapisan (single layer), dua lapisan (double layer), atau bahkan beberapa lapisan (multilayer) untuk rangkaian yang kompleks. Komponen elektronik seperti resistor, kapasitor, IC, dan konektor dipasang pada papan ini dan disolder untuk menciptakan hubungan listrik yang kuat dan tahan lama. PCB banyak digunakan dalam perangkat elektronik komersial maupun proyek DIY tingkat lanjut karena memberikan keandalan, ketahanan, serta kemampuan untuk diproduksi massal.

 3.1.5 Breadboard

Gambar 4. Breadboard

    Breadboard adalah perangkat yang digunakan untuk membuat rangkaian elektronik sementara dan prototipe tanpa perlu menyolder komponen. Alat ini terdiri dari papan dengan lubang-lubang kecil yang terhubung secara elektrik, memungkinkan pengguna untuk memasukkan dan menghubungkan komponen seperti resistor, kapasitor, transistor, dan IC dengan mudah. Breadboard memiliki dua bagian utama: bagian tengah yang digunakan untuk menempatkan komponen, dan bagian samping yang biasanya digunakan untuk distribusi daya. Alat ini sangat berguna dalam tahap pengembangan dan pengujian karena memungkinkan modifikasi dan perbaikan rangkaian dengan cepat dan efisien. Breadboard hadir dalam berbagai ukuran, memungkinkan fleksibilitas dalam pembuatan prototipe untuk berbagai proyek elektronik.

3.1.6 Kabel Jumper

Gambar 5. Kabel Jumper

    Kabel jumper adalah kabel kecil yang digunakan untuk menghubungkan komponen-komponen elektronik pada sebuah papan sirkuit atau breadboard. Kabel ini memiliki konektor di kedua ujungnya, yang dapat berupa male (jantan) atau female (betina). Kabel jumper sangat penting dalam perancangan dan pengujian sirkuit elektronik karena memudahkan pembuatan koneksi sementara tanpa perlu menyolder komponen. Jenis-jenis kabel jumper meliputi:

a. Kabel Jumper Male-to-Male (M-M): Kabel ini memiliki konektor male di kedua ujungnya. Digunakan untuk menghubungkan dua titik pada breadboard atau menghubungkan titik pada breadboard dengan pin header pada mikrokontroler atau modul.

b. Kabel Jumper Male-to-Female (M-F): Kabel ini memiliki konektor male di satu ujung dan konektor female di ujung lainnya. Biasanya digunakan untuk menghubungkan pin header pada mikrokontroler atau modul dengan perangkat yang memiliki konektor male.

c. Kabel Jumper Female-to-Female (F-F): Kabel ini memiliki konektor female di kedua ujungnya. Umumnya digunakan untuk menghubungkan dua perangkat yang memiliki konektor male, seperti menghubungkan modul sensor dengan mikrokontroler.

3.2 Komponen

3.2.1 Mikrokontroler

                                            Gambar 6. STM32

    Keluarga mikrokontroler STM32F103xx kategori performance line berkepadatan menengah mencakup inti Arm® Cortex®-M3 32-bit RISC berkinerja tinggi yang beroperasi pada frekuensi 72 MHz, memori tertanam berkecepatan tinggi (Flash memory hingga 128 KB dan SRAM hingga 20 KB), serta berbagai macam peripheral I/O dan antarmuka yang terhubung ke dua bus APB. Semua perangkat dalam keluarga ini menyediakan dua konverter analog-ke-digital (ADC) 12-bit, tiga timer umum 16-bit ditambah satu timer PWM, serta antarmuka komunikasi standar dan lanjutan: hingga dua I2C dan SPI, tiga USART, USB, serta CAN.

Perangkat ini bekerja dengan sumber daya 2,0 hingga 3,6 V. Tersedia dalam rentang suhu –40 hingga +85 °C dan juga rentang suhu diperluas dari –40 hingga +105 °C. Sejumlah besar mode penghemat daya tersedia untuk membantu merancang aplikasi hemat energi.

Keluarga STM32F103xx dalam kategori performance line dengan kepadatan menengah tersedia dalam enam jenis kemasan berbeda: mulai dari 36 pin hingga 100 pin. Bergantung pada perangkat yang dipilih, fitur peripheral yang disertakan akan berbeda-beda. Deskripsi di atas memberikan gambaran menyeluruh mengenai rangkaian peripheral yang tersedia dalam keluarga mikrokontroler ini.

Fitur-fitur tersebut menjadikan keluarga mikrokontroler STM32F103xx cocok digunakan untuk berbagai aplikasi seperti penggerak motor (motor drives), kontrol aplikasi, peralatan medis dan portabel, peripheral PC dan game, platform GPS, aplikasi industri, PLC (Programmable Logic Controller), inverter, printer, scanner, sistem alarm, video interkom, serta HVAC (pemanas, ventilasi, dan pendingin).

spesifikasi :

3.2.2 Sensor DHT 11

                                                             Sensor DHT 11

DHT11 Sensor adalah sensor digital yang digunakan untuk mengukur suhu dan kelembapan udara secara bersamaan dalam satu perangkat yang ringkas dan mudah digunakan. Sensor ini bekerja dengan memanfaatkan elemen pendeteksi kelembapan berbasis resistif serta termistor NTC untuk mengukur suhu lingkungan. Data hasil pengukuran kemudian diproses oleh mikrokontroler internal yang terdapat di dalam sensor dan dikirimkan dalam bentuk sinyal digital melalui satu jalur komunikasi (single-wire), sehingga memudahkan integrasi dengan berbagai mikrokontroler seperti STM32 Blue Pill, Arduino, maupun ESP32.

DHT11 banyak digunakan dalam aplikasi pemantauan lingkungan, sistem otomasi rumah, stasiun cuaca sederhana, serta berbagai proyek Internet of Things (IoT) yang memerlukan informasi suhu dan kelembapan secara real-time. Sensor ini memiliki keunggulan berupa harga yang ekonomis, konsumsi daya yang rendah, dan kemudahan penggunaan tanpa memerlukan rangkaian tambahan yang kompleks. Namun, dibandingkan dengan sensor yang lebih canggih seperti DHT22 atau SHT31, DHT11 memiliki rentang pengukuran dan tingkat akurasi yang lebih terbatas. Dalam proyek Prototype Sistem Kenyamanan Termal Sebagai Media Edukasi Bagi Masyarakat Huntara Pasca Bencana Berbasis STM32 Blue Pill, sensor DHT11 berfungsi sebagai pendeteksi kondisi suhu dan kelembapan ruangan yang menjadi parameter utama dalam menentukan tingkat kenyamanan termal penghuni Huntara.

Spesifikasi DHT11 Sensor:

• Tegangan operasi : 3,3V – 5V DC

• Arus operasi : 0,3 mA – 2,5 mA

• Rentang pengukuran suhu : 0°C – 50°C

• Akurasi suhu : ±2°C

• Rentang pengukuran kelembapan : 20% RH – 90% RH

• Akurasi kelembapan : ±5% RH

• Resolusi suhu : 1°C

• Resolusi kelembapan : 1% RH

• Frekuensi pembaruan data : 1 Hz (1 kali per detik)

• Interface komunikasi : Single-wire digital signal

• Waktu respon : < 6 detik (kelembapan) dan < 10 detik (suhu)

3.2.3  Sensor MQ-135

Sensor MQ-135

3.2.4 LDR Sensor

Sensor LDR (Light Dependent Resistor) adalah komponen elektronik yang nilai resistansinya berubah secara proporsional terhadap intensitas cahaya yang diterimanya. Prinsip kerjanya didasarkan pada sifat semikonduktor yang peka terhadap cahaya; ketika cahaya mengenai permukaan LDR, energi foton diserap oleh material semikonduktor sehingga meningkatkan jumlah pembawa muatan dan menurunkan nilai hambatan listrik. Dalam sistem berbasis mikrokontroler, sensor LDR biasanya digunakan bersama dengan rangkaian pembagi tegangan untuk menghasilkan tegangan analog yang dapat dibaca melalui saluran ADC (Analog-to-Digital Converter).

Sensor LDR banyak digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan deteksi tingkat pencahayaan, seperti kontrol lampu otomatis (lighting control), sistem keamanan, pengukuran intensitas cahaya dalam perangkat medis portabel, serta aplikasi IoT seperti smart home dan smart agriculture. Karena sifatnya yang tidak linier dan memiliki respons yang relatif lambat dibandingkan photodiode atau phototransistor, LDR lebih cocok digunakan dalam aplikasi yang tidak memerlukan respon cepat atau akurasi sangat tinggi. konsumsi daya yang rendah dalam berbagai mode operasi membuat mikrokontroler ini ideal untuk aplikasi bertenaga baterai yang menggunakan sensor LDR sebagai elemen input lingkungan.

spesifikasi

Adapun spesifikasi dari LDR adalah:

●      Tegangan maksimum (DC): 150V.

●      Konsumsi arus maksimum: 100mW.

●      Tingkatan Resistansi/Tahanan : 10Ω sampai 100KΩ

●      Puncak spektral: 540nm (ukuran gelombang cahaya)

●      Waktu Respon Sensor : 20ms – 30ms.

3.2.5 LED

LED Red

LED Green

LED yellow

    LED, singkatan dari Light Emitting Diode, adalah perangkat semikonduktor yang memancarkan cahaya ketika arus listrik mengalir melaluinya. Prinsip kerja LED didasarkan pada elektroluminesensi, yaitu fenomena di mana material tertentu memancarkan cahaya saat dikenai arus listrik. LED terbuat dari bahan semikonduktor seperti gallium arsenide atau gallium phosphide, yang dikombinasikan dengan elemen lain untuk menghasilkan berbagai warna cahaya.

3.2.6 OLED

OLED

    OLED (Organic Light-Emitting Diode) adalah teknologi layar tampilan yang menggunakan bahan organik untuk menghasilkan cahaya ketika dialiri arus listrik. Berbeda dengan LCD, OLED tidak memerlukan backlight karena setiap pikselnya mampu memancarkan cahaya sendiri. Layar OLED tersusun dari lapisan-lapisan tipis material organik yang dipasang di antara dua elektroda, salah satunya transparan. Ketika arus mengalir, material organik ini memancarkan cahaya dalam berbagai warna tergantung komposisi bahan penyusunnya. Teknologi ini memungkinkan kontras tinggi, warna yang lebih akurat, serta sudut pandang yang luas. Selain itu, OLED memiliki waktu respons yang cepat dan konsumsi daya yang lebih rendah dibandingkan LCD, menjadikannya pilihan populer untuk perangkat seperti smartphone, televisi, dan perangkat wearable.

Spesifikasi:

• Interface: I2C (3.3V / 5V logic level)
• Resolusi: 128 x 64
• Sudut Pandang: ±160 derajat
• Warna: Kombinasi Kuning dan Biru
• Power supply: DC 3.3V~5V

Operating temperature: -20°C~70°C

Ukuran LCD/Board: 2.7 x 2.7 cm

3.2.8 Resistor

    Resistor adalah komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk menghambat aliran arus listrik dalam suatu rangkaian. Dengan mengatur besarnya hambatan, resistor dapat digunakan untuk mengontrol tegangan dan arus sesuai kebutuhan rangkaian. Resistor umumnya tersedia dalam berbagai nilai hambatan yang dinyatakan dalam satuan ohm (Ω), dan nilainya dapat dibaca melalui kode warna pada tubuh resistor atau melalui label pada resistor SMD. Bentuk fisik resistor bervariasi tergantung jenisnya, seperti resistor karbon, film logam, dan resistor variabel. Selain itu, resistor juga memiliki spesifikasi daya yang dinyatakan dalam watt (W), yang menunjukkan kemampuannya dalam menahan panas akibat aliran arus listrik. Ukuran fisik resistor biasanya kecil sehingga mudah dipasang pada berbagai jenis papan rangkaian, baik untuk proyek elektronika sederhana maupun perangkat elektronik kompleks.

Spesifikasi :

Resistance (ohms)          : 10K, 500K

Power (Watts)                 : 0.25W, 1/4W

Tolerance                        : -+ 5%

Packaging                       : Bulk

Composition                    : Carbon Film

Temperature Coefficient  : 350 ppm/C

Lead free status              : Lead free

RoHS status                    : RoHS Compliant

3.2.9 Modul Step Down XL4005

Modul step-down XL4005 adalah perangkat elektronik yang berfungsi untuk menurunkan tegangan arus searah dari nilai input yang lebih tinggi menjadi nilai output yang lebih rendah, sesuai kebutuhan. Modul ini didasarkan pada chip XL4005 yang merupakan konverter DC-DC jenis buck (penurun tegangan) yang sangat efisien. Modul ini dilengkapi dengan komponen-komponen pendukung seperti induktor, kapasitor, dan dioda, serta sebuah trimpot (potensiometer variabel) yang memungkinkan pengguna untuk mengatur tegangan output secara presisi. Saat modul ini diberi tegangan input DC (umumnya antara 5V hingga 32V), ia akan mengolahnya untuk menghasilkan tegangan output DC yang dapat diatur dari 0.8V hingga 24V, dengan kapasitas arus hingga 5 Ampere . Modul step-down XL4005 memainkan peran penting dalam berbagai aplikasi elektronik yang membutuhkan penurunan tegangan secara efisien, seperti catu daya untuk mikrokontroler, pengisian daya baterai lithium, power supply untuk perangkat elektronik portabel, atau sebagai regulator tegangan pada sistem tenaga surya.

Spesifikasi module LX4005

• Input tegangan 4.0~32V Output tegangan 0.8~30V adjustable
• Keluaran arus max 5A rekomendasi 4.5A
• Daya keluaran 75W labih dari 50W gunakanlah heatsink
• Evesiensi konversi hingga 96%
• Frekuensi oprasi 180KHz
• Ukuran 44x21 mm
• Suhu oprasi -40 ~ +85

4. Dasar Teori [Kembali]

A. PWM (Pulse Width Modulation)

    PWM (Pulse Width Modulation) adalah salah satu teknik modulasi dengan mengubah lebar pulsa (duty cylce) dengan nilai amplitudo dan frekuensi yang tetap. 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 (%).

• Duty Cycle = tON / ttotal

• tON = Waktu ON atau Waktu dimana tegangan keluaran berada pada posisi tinggi (high atau 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 board Arduino Uno, pin yang bisa dimanfaatkan untuk PWM adalah pin yang diberi tanda tilde (~), yaitu pin 3, 5, 6, 9, 10, dan pin 11. Pin-pin tersebut merupakan pin yang bisa difungsikan untuk input analog atau output analog. Oleh sebab itu, jika akan menggunakan PWM pada pin ini, bisa dilakukan dengan perintah analogWrite();. PWM pada arduino bekerja pada frekuensi 500Hz, artinya 500 siklus/ketukan dalam satu detik. Untuk setiap siklus, kita bisa memberi nilai dari 0 hingga 255. Ketika kita memberikan angka 0, berarti pada pin tersebut tidak akan pernah bernilai 5 volt (pin selalu bernilai 0 volt). Sedangkan jika kita memberikan nilai 255, maka sepanjang siklus akan bernilai 5 volt (tidak pernah 0 volt). Jika kita memberikan nilai 127 (kita anggap setengah dari 0 hingga 255, atau 50% dari 255), maka setengah siklus akan bernilai 5 volt, dan setengah siklus lagi akan bernilai 0 volt. Sedangkan jika jika memberikan 25% dari 255 (1/4 x 255 atau 64), maka 1/4 siklus akan bernilai 5 volt, dan 3/4 sisanya akan bernilai 0 volt, dan ini akan terjadi 500 kali dalam 1 detik.

B. ADC (Analog to Digital Converter)

        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.

        Kecepatan sampling menyatakan seberapa sering perangkat mampu mengkonversi sinyal analog ke dalam bentuk sinyal digital dalam selang waktu yang tertentu. Biasa dinyatakan dalam sample per second (SPS). Sementara Resolusi menyatakan tingkat ketelitian yang dimilliki. Pada Arduino, resolusi yang dimiliki adalah 10 bit atau rentang nilai digital antara 0 - 1023. Dan pada Arduino tegangan referensi yang digunakan adalah 5 volt, hal ini berarti ADC pada Arduino mampu menangani sinyal analog dengan tegangan 0 - 5 volt. Pada Arduino, menggunakan pin analog input yang diawali dengan kode A (A0- A5 pada Arduino Uno). Fungsi untuk mengambil data sinyal input analog menggunakan analogRead(pin);.

C. Komunikasi

a. Universal Asynchronous Receiver Transmitter (UART) 

UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) 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: 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, kemudian ditransfer secara parallel ke data bus penerima.

    Cara Kerja Komunikasi UART adalah 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, kemudian ditransfer secara parallel ke data bus penerima.

b. Serial Peripheral Interface (SPI)

Serial Peripheral Interface (SPI) merupakan salah satu mode komunikasi serial synchrounous kecepatan tinggi yang dimiliki oleh ATmega 328. Komunikasi SPI membutuhkan 3 jalur yaitu MOSI, MISO, dan SCK. Melalui komunikasi ini data dapat saling dikirimkan baik antara mikrokontroler maupun antara mikrokontroler dengan peripheral lain di luar mikrokontroler.

• MOSI: Master Output Slave Input artinya jika dikonfigurasi sebagai master maka pin MOSI sebagai output tetapi jika dikonfigurasi sebagai slave maka pin MOSI sebagai input.
• MISO: Master Input Slave Output artinya jika dikonfigurasi sebagai master maka pin MISO sebagai input tetapi jika dikonfigurasi sebagai slave maka pin MISO sebagai output.
• SCLK: Clock jika dikonfigurasi sebagai master maka pin CLK berlaku sebagai output tetapi jika dikonfigurasi sebagai slave maka pin CLK berlaku sebagai input.
• SS/CS: Slave Select / Chip Select adalah jalur master memilih slave mana yang akan dikirimkan data.

    

Cara Kerja Komunikasi SPI: Sinyal clock dialirkan dari master ke slave yang berfungsi untuk sinkronisasi. Master dapat memilih slave mana yang akan dikirimkan data melalui slave select, kemudian data dikirimkan dari master ke slave melalui MOSI. Jika master butuh respon data maka slave akan mentransfer data ke master melalui MISO.

c. Inter Integrated Circuit (I2C)

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 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.

5. Percobaan [Kembali]

    a. Prosedur [Kembali]

1. Persiapkan Alat dan Bahan

• STM32 Blue Pill (1 buah)
• Sensor DHT11 (1 buah)
• Sensor MQ-135 (1 buah)
• Modul LDR Sensor (1 buah)
• OLED Display SSD1306 (1 buah)
• Relay Module 1 Channel (1 buah)
• Exhaust Fan DC (1 buah)
• Buzzer (1 buah)
• LED Merah (1 buah)
• LED Kuning (1 buah)
• LED Hijau (1 buah)
• Resistor 220 Ω (secukupnya)
• Breadboard atau PCB Board (1 buah)
• Kabel Jumper (secukupnya)
• Kabel USB untuk STM32 (1 buah)
• Software Arduino IDE versi terbaru

2. Rangkai Komponen

Sensor DHT11

• Hubungkan pin VCC DHT11 ke pin 3.3V STM32 Blue Pill.
• Hubungkan pin GND DHT11 ke GND STM32 Blue Pill.
• Hubungkan pin DATA DHT11 ke pin A0 STM32 Blue Pill.

Sensor MQ-135

• Hubungkan pin VCC MQ-135 ke pin 5V STM32 Blue Pill.
• Hubungkan pin GND MQ-135 ke GND STM32 Blue Pill.
• Hubungkan pin AO MQ-135 ke pin A1 STM32 Blue Pill.

Sensor LDR Module

• Hubungkan pin VCC LDR ke pin 3.3V STM32 Blue Pill.
• Hubungkan pin GND LDR ke GND STM32 Blue Pill.
• Hubungkan pin AO LDR ke pin A2 STM32 Blue Pill.

OLED Display

• Hubungkan pin VCC OLED ke pin 3.3V STM32 Blue Pill.
• Hubungkan pin GND OLED ke GND STM32 Blue Pill.
• Hubungkan pin SDA OLED ke pin B7 STM32 Blue Pill.
• Hubungkan pin SCL OLED ke pin B6 STM32 Blue Pill.

LED Indikator

• Hubungkan pin A3 STM32 Blue Pill ke resistor 220 Ω kemudian ke LED Hijau dan hubungkan ke Ground.
• Hubungkan pin A4 STM32 Blue Pill ke resistor 220 Ω kemudian ke LED Kuning dan hubungkan ke Ground.
• Hubungkan pin A5 STM32 Blue Pill ke resistor 220 Ω kemudian ke LED Merah dan hubungkan ke Ground.

Buzzer

• Hubungkan pin positif buzzer ke pin A6 STM32 Blue Pill.
• Hubungkan pin negatif buzzer ke Ground.

Relay dan Exhaust Fan

• Hubungkan pin IN relay ke pin A7 STM32 Blue Pill.
• Hubungkan pin VCC relay ke 5V STM32 Blue Pill.
• Hubungkan pin GND relay ke Ground.
• Hubungkan exhaust fan pada terminal NO (Normally Open) dan COM relay sesuai rangkaian daya yang digunakan.

3. Masukkan Program ke STM32 Blue Pill

• Buka aplikasi Arduino IDE.
• Buat file program baru.
• Masukkan library yang diperlukan seperti DHT, Adafruit SSD1306, Adafruit GFX, dan Wire.
• Copy dan paste program yang telah dibuat untuk sistem kenyamanan termal.
• Pastikan pemilihan board STM32 Blue Pill dan port komunikasi sudah sesuai.

4. Upload Program ke STM32 Blue Pill

• Sambungkan STM32 Blue Pill ke komputer menggunakan kabel USB.
• Klik tombol Verify untuk memastikan tidak terdapat kesalahan program.
• Klik tombol Upload untuk mengunggah program ke mikrokontroler.
• Tunggu hingga proses upload selesai dan muncul notifikasi Done Uploading.

5. Uji Coba Rangkaian

• Setelah program berhasil diunggah, nyalakan seluruh rangkaian.
• Amati nilai suhu dan kelembapan yang ditampilkan oleh sensor DHT11 pada OLED.
• Amati nilai kualitas udara yang dibaca oleh sensor MQ-135.
• Amati perubahan intensitas cahaya yang terdeteksi oleh sensor LDR.
• Pastikan LED hijau menyala saat kondisi ruangan berada pada kategori nyaman.
• Pastikan LED kuning menyala saat kondisi ruangan berada pada kategori sedang.
• Pastikan LED merah dan buzzer aktif saat kondisi ruangan berada pada kategori tidak nyaman atau kualitas udara buruk.
• Pastikan relay mengaktifkan exhaust fan secara otomatis ketika suhu atau kualitas udara melebihi batas yang telah ditentukan.
• Lakukan pengujian pada berbagai kondisi lingkungan untuk memastikan seluruh sensor dan aktuator bekerja sesuai dengan program yang telah dirancang.

6. Analisis Hasil Pengujian

• Catat data suhu, kelembapan, kualitas udara, dan intensitas cahaya yang diperoleh.
• Bandingkan hasil pembacaan sensor dengan kondisi lingkungan sebenarnya.
• Evaluasi respon LED, buzzer, OLED, dan exhaust fan terhadap perubahan kondisi lingkungan.
• Analisis tingkat keberhasilan sistem dalam memberikan informasi dan meningkatkan kenyamanan termal pada lingkungan Huntara pasca bencana.

    b. Hardware [Kembali]

    c. Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja [Kembali]

Simulasi Proteus Rangkaian

 Prinsip Kerja :

Prototype Sistem Kenyamanan Termal Sebagai Media Edukasi Bagi Masyarakat Huntara Pasca Bencana Berbasis STM32 Blue Pill bekerja dengan melakukan pemantauan kondisi lingkungan secara otomatis melalui tiga sensor utama, yaitu sensor DHT11/DHT22 untuk mengukur suhu dan kelembapan, sensor MQ-135 untuk memantau kualitas udara, serta sensor LDR untuk mendeteksi intensitas cahaya lingkungan. Seluruh data sensor dibaca dan diproses oleh mikrokontroler STM32 Blue Pill sebagai pusat kendali sistem. Berdasarkan hasil pembacaan tersebut, sistem akan menentukan kondisi lingkungan dan mengaktifkan aktuator yang sesuai untuk menjaga kenyamanan penghuni Huntara.

Pada tahap awal, sistem melakukan inisialisasi seluruh sensor dan perangkat keluaran. Setelah sistem aktif, STM32 secara berkala membaca data suhu dan kelembapan dari sensor DHT11/DHT22, data kualitas udara dari sensor MQ-135, serta data intensitas cahaya dari sensor LDR. Data yang diperoleh kemudian diproses untuk menentukan status kenyamanan lingkungan secara real-time.

Untuk parameter suhu, sistem melakukan klasifikasi kondisi berdasarkan nilai temperatur yang terukur. Jika suhu berada di bawah 30°C, kondisi dianggap sejuk sehingga LED hijau akan menyala sebagai indikator bahwa kondisi ruangan masih nyaman. Apabila suhu berada pada rentang 30°C hingga 34°C, kondisi dikategorikan hangat dan sistem akan menyalakan LED kuning sebagai tanda bahwa suhu mulai meningkat. Ketika suhu melebihi 34°C, kondisi dianggap panas ekstrem sehingga LED merah akan menyala dan buzzer akan aktif sebagai peringatan kepada penghuni. Selain itu, sistem juga mengaktifkan relay yang mengendalikan exhaust fan untuk membantu menurunkan suhu ruangan melalui peningkatan sirkulasi udara.

Selanjutnya, sistem melakukan pemeriksaan terhadap kualitas udara menggunakan sensor MQ-135. Jika konsentrasi gas dan polutan masih berada dalam batas aman, maka udara dikategorikan bersih dan sistem mempertahankan kondisi normal dengan indikator LED hijau. Namun, apabila sensor mendeteksi kualitas udara yang buruk akibat peningkatan konsentrasi asap, gas, atau polutan lainnya, maka kondisi udara dikategorikan sebagai udara pengap atau berasap. Pada kondisi ini, LED merah dan buzzer akan aktif sebagai tanda peringatan, sedangkan relay akan menghidupkan exhaust fan untuk membuang udara kotor dan menggantinya dengan udara yang lebih segar.

Selain memantau suhu dan kualitas udara, sistem juga mengukur intensitas cahaya lingkungan menggunakan sensor LDR. Jika intensitas cahaya berada di atas nilai ambang batas yang telah ditentukan, kondisi dianggap terang atau siang hari. Pada kondisi ini, layar OLED bekerja dengan tingkat kecerahan normal, LED indikator beroperasi seperti biasa, dan pengendalian exhaust fan hanya bergantung pada kondisi suhu dan kualitas udara. Sebaliknya, apabila intensitas cahaya berada di bawah ambang batas yang ditentukan, sistem menganggap kondisi lingkungan sedang gelap atau malam hari. Dalam kondisi tersebut, sistem mengaktifkan mode hemat energi (sleep mode), meredupkan tampilan OLED (OLED dimming), serta mengurangi intensitas pencahayaan LED indikator. Selain itu, sistem juga menyesuaikan parameter kenyamanan dengan menurunkan ambang suhu pengaktifan exhaust fan dari 34°C menjadi 31°C, karena pada malam hari penghuni cenderung lebih sensitif terhadap kondisi panas dan sirkulasi udara.

Setelah seluruh proses pengambilan keputusan dilakukan, STM32 mengendalikan aktuator yang terdiri dari LED indikator, buzzer, relay, dan exhaust fan sesuai kondisi lingkungan yang terdeteksi. Seluruh informasi penting seperti suhu, kelembapan, status kualitas udara, dan intensitas cahaya ditampilkan pada layar OLED sehingga dapat dipantau secara langsung oleh pengguna. Tampilan ini berfungsi sebagai media edukasi yang membantu masyarakat memahami kondisi lingkungan tempat tinggal mereka secara sederhana dan informatif.

Proses tersebut berlangsung secara terus-menerus dalam bentuk siklus monitoring real-time. Sistem akan memperbarui data sensor setiap beberapa detik, melakukan evaluasi ulang terhadap kondisi lingkungan, kemudian menyesuaikan respons aktuator secara otomatis. Dengan mekanisme ini, prototype mampu memberikan pemantauan lingkungan yang berkelanjutan sekaligus membantu meningkatkan kenyamanan termal masyarakat yang tinggal di Huntara pasca bencana.

 

Flowchart Program

    e. Video Demo [Kembali]

    f. Download File [Kembali]

Download File HTML

Download Rangkaian Proteus klik disini

Download Video Simulasi klik disini

Download Datasheet LED Red klik disini

Download Datasheet LED Green klik disini

Download Datasheet LED Yellow klik disini

Download Datasheet Sensor DHT 11 klik disini

Download Datasheet Sensor MQ 135 klik disini

Download Datasheet Sensor LDR klik disini

Download Datasheet OLED LCD monitor display klik disini

Download Datasheet resistor klik disini

Read More