1. PENGENALAN ALAT ARDUINO

1.1 Board Arduino

Banyak pilihan board Arduino yang bisa digunakan, contohnya seri Nano, UNO, Mega, Yun, Micro, Pro Mini dan lain sebagainya. Jenis board Arduino tersebut pada umumnya dibedakan atas besarnya memori penyimpanan, jumlah pin input/output, layanan yang ditanamkan di dalam Arduino dan lain sebagainya. Anda tinggal menyesuaikan jenis Arduino yang sesuai dengan kebutuhan proyek yang akan dibangun. Rincian spesifikasi setiap jenis Arduino dapat ditemukan di website https://www.Arduino.cc/en/Main/Products.

Di dalam buku ini akan digunakan board Arduino UNO untuk menyelesaikan proyek-proyek yang ada karena sumberdaya Arduino UNO sudah cukup memadai dan memiliki kelebihan bersifat extensible terhadap kabel dan modul tambahan lain jika diperlukan. Ilustrasi Arduino UNO tampak pada Gambar 1.1.

Gambar 1.1 Pin Input/Output Arduino UNO

Penjelasan singkat board Arduino UNO pada gambar 1.1 adalah sebagai berikut:

• Jack Power adalah sumber tegangan DC sebesar 5-12 volt yang berasal dari power supply eksternal (adaptor).
• Jack USB berfungsi sebagai sumber tegangan sekaligus sebagai penghubung komunikasi data antara Arduino dan komputer ketika dilakukan write file program dari IDE Arduino.
• Pin 0 sampai pin 13 bisa bertindak sebagai pin digital input atau pin digital output, tergantung dari penugasan program terhadap pin bersangkutan. Khusus pin 0 (pin RX) dan pin 1 (pin TX) digunakan sebagai interface UARȚ secara hardware. Anda dapat menggunakan selain pin 0 dan pin 1 sebagai interface UART dengan memanfaatkan software serial yang akan dijelaskan lebih lanjut di bagian lain.
• Pin GND adalah pin yang dihubungkan dengan ground power supply. Pin AO sampai AB adalah pin analog input yang memiliki rentang nilai 0 sampai 1023. Salah satu contoh antarmuka signal analog adalah potensiometer dan sensor suhu.
• Pin A4 (SDA) dan pin A5 (SCL) adalah pin input analog, juga bisa berfungsi sebagai pin interface 12C. Beberapa modul yang memanfaatkan 12C misalnya modul RTC, OLED dan lain-lain.
• Pin VIN BV adalah pin tegangan masukkan 5 volt dari eksternal bila Arduino tidak disuplai dari USB maupun jack power.
• Pin BV adalah pin penyedia tegangan 5 volt ke modul lainjika diperlukan. Pin 3.3V adalah pin penyedia tegangan 3.3 volt ke modul lainjika diperlukan. Beberapa modul yang berkerja pada tegangaan 3.3V antara lain modul Real Time Clock (RTC) atau wifi ESP8266.

Pelengkapan dasar yang harus dipersiapkan pada proyek Arduino ini antara lain: kabel data USB untuk menghubungkan Arduino dengan komputer, kabel pelangi/dupont (Male To Male, Male To Female, Female To Female sesuai kebutuhan) bertujuan untuk menghubungkan pin input/output Arduino dengan module lainnya atau dihubungkan dengan proyek board yang berfungsi sebagai sirkuit.

1.2 Pengendali Mikro (Micro Controller) Arduino

Pengendali mikro (bahasa Inggris: microcontroller) adalah sistem mikroprosesor lengkap yang terkandung di dalam sebuah chip. Mikrokontroler berbeda dari mikroprosesor serba guna yang digunakan dalam sebuah komputer, karena di dalam sebuah mikrokontroler umumnya telah berisi komponen pendukung sistem minimal mikroprosesor, yakni memori dan antarmuka I/O. Sedangkan di dalam mikroprosesor umumnya hanya berisi CPU saja. Gambar 1.7. adalah blok aliran kerja microcontroller Arduino secara umum.

Gambar 1.7. Cara Kerja Microcontroller Arduino

Blok Input (sensor)

Sensor adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah besaran fisik berupa mekanis, magnetis, panas, sinar, kimia dan lain-lain menjadi besaran listrik yang listrik kemudian berupa diolah tegangan, lebih resistansi lanjut oleh dan microarus controller. Selain sensor, input juga bisa bersumber dari piranti digital, misalnya keypad, joystick, dan lain-lain.

Blok Microcontroller	Menerima data dari inputan kemudian memproses lebih lanjut Mengirim hasil proses micro controller ke bagian output. Nilai output bisa berupa logika true/false, angka, string dan lain-lain. Kemudian output tersebut ditampilkan ke display (LCD) atau untuk mengaktifkan relay, LED dan mekanis, contoh: menggerakkan motor, mengaktifkan Menjalin hubungan dua arah dengan module komunikasi lainnya. Microcontroller bisa terhubung dengan perangkat lain melalui berbagai jenis protocol dan media transmisi. Contoh: LAN, Radio, TCP, Bluetooth
Blok Output (aktuator)	Menerima perintah dari microcontroller untuk dilaksanakan. Output bisa berupa display (LCD, OLED), mekanik (gerakan motor servo atau stepper).
Blok Communication	Mengkomunikasikan micro controller Arduino dengan perangkat ,komunikasi lainnya untuk bertukar data. Misalnya komunikasi antara Arduino dengan komputer ataü smattphone melalui jalur radio atau kabel yang komunikasi.

1.3 Pengenalan Elektronik Dasar

Bagi pembaca yang masih awam terhadap komponen elektronika ada baiknya mengenal sedikit mengenai elektronik dasar untuk memahami bagaimana Arduino berkerja. Namun kita tidak membahas elektronika secara mendalam, hanya elektronika yang berhubugan langsung dengan Arduino saja yang akan dipelajari.

1.3.1 Kapasitor

Kapasitor (Capacitor) atau disebut juga dengan kondensator (Condensator) adalah komponen elektronika pasif yang dapat menyimpan muatan listrik dalam waktu sementara dengan satuan kapasitansinya adalah Farad. Namun Farad adalah satuan yang sangat besar, oleh karena itu pada umumnya kapasitor yang digunakan dalam peralatan elektronika adalah satuan Farad yang dikecilkan menjadi pikoFarad, NanoFarad dan Microfarad.

Konversi satuan Farad adalah sebagai berikut :

• 1 Farad = 1.000.000pF (mikro Farad)
• IpF = 1.000nF (nanoFarad)
• 1µF= 1.000.OOOpF (piko Farad)
• lnF = 1.000pF (piko Farad)

Kapasitor merupakan komponen elektronika yang terdiri dari 2 pelat konduktor yang pada umumnya adalah terbuat dari logam dan sebuah isolator diantaranya sebagai pemisah. Dalam rangkaian elektronika, kapasitor disingkat dengan huruf “C”.

Beberapa fungsi kapasitor dalam rangkaian elektronika antara lain:

• Sebagai penyimpan arus atau tegangan listrik
• Sebagai konduktor yang dapat melewatkan arus AC (Alternating Current)
• Sebagai isolator yang menghambat arus DC (Direct Current)
• Sebagai filter dalam rangkaian power supply (Catu Daya) Sebagai kopling
• Sebagai pembangkit frekuensi dalam rangkaian osilator
• Sebagai penggeser fasa
• Sebagai pemilih gelombang frekuensi (kapasitor variabel yang digabungkan dengan spul antena dan osilator)

1.3.2 Resistor

Resistor adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran listrik yang mengalir dalam suatu rangkain elektronika. Sebagaimana fungsi resistor yang sesuai namanya bersifat resistif dan termasuk salah satu komponen elektronika dalam kategori komponen pasif. Satuan atau nilai resistansi suatu resistor disebut Ohm yang dilambangkan dengan simbol Omega (Q). Sesuai hukum Ohm bahwa resistansi berbanding terbalik dengan jumlah arus yang mengalir melaluinya.

Selain nilai resistansinya (Ohm), resistor juga memiliki nilai yang lain, seperti nilai toleransi dan kapasitas daya yang mampu dilewatkannya. Semua nilai yang berkaitan dengan resistor tersebut penting untuk diketahui dalam perancangan suatu rangkaian elektronika oleh karena itu pabrikan resistor selalu mencantumkan dalam kemasan resistor tersebut.

Berikut adalah simbol resistor dalam bentuk gambar yang sering digunakan dalam suatu desain rangkaian elektronika.

Resistor dalam suatu teori dan penulisan formula yang berhubungan dengan resistor disimbolkan dengan huruf ”R”, resistor variabel disimbolkan dengan huruf ”VR” dan untuk resistorjenis potensiometer ada yang disimbolkan dengan huruf “VR^Α dan ”POT”.

Berdasarkan nilai resistansinya resistor dibedakan menjadi 2 jenis yaitu resistor tetap (Fixed Resistor) dan resistor tidak tetap (Variable Resistor).

• Resistor Tetap (Fixed Resistor)

Resistor tetap merupakan resistor yang nilai resistansinya tidap dapat diubah atau tetap. Resistor jenis ini biasa digunakan dalam rangkaian elektronika sebagai pembatas arus dalam suatu rangkaian elektronika. Resistor tetap dapat ditemui dalam beberpa jenis, seperti : Metal Film Resistor, Metal Oxide Resistor, Carbon Film Resistor, Ceramic Encased Wirewound, Economy Wirewound, Zero Ohm Jumper Wire, S I P Resistor Network.

• Resistor Tidak Tetap (Variable Resistor)

Pontensiometer, tipe variable resistor yang dapat diatur nilai resistansinya secara langsung karena telah dilengkapi dengan tuas kontrol. Potensiometer terdiri dari 2 jenis yaitu Potensiometer Linier dan Potensiometer Logaritmis.

• Trimer Potensiometer, yaitu tipe variable resistor yang membutuhkan alat bantu (obeng) dalam mengatur nilai resistansinya. Pada umumnya resistor jenis ini disebut dengan istilah “Trimer Potensiometer atau VR”.
• Thermistor, yaitu tipe resistor variable yang nilai resistansinya akan berubah mengikuti suhu disekitar resistor. Thermistor terdiri dari 2 jenis yaitu NTC dan PTC.
• LDR (Light Depending Resistor), yaitu tipe resistor variabel yang nilai resistansinya akan berubah mengikuti cahaya yang diterima oleh LDR tersebut.

Nilai resistor dapat diketahui dengan kode warna dan kode huruf pada resistor. Resistor dengan nilai resistansi ditentukan dengan kode warna dapat ditemukan pada resistor tetap dengan kapasitas daya rendah, sedangkan nilai resistoryang ditentukan dengan kode huruf dapat ditemui pada resistor tetap daya besar dan resistor variable.

Cincin warna yang terdapat pada resistor terdiri dari 4 ring, 5 ring dan 6 ring warna. Cincin warna resistor tersebut memiliki arti dan nilai, seperti tampak pada Gambar 1.10.

Arti kode warna resistor antara ain:

Resistor Dengan 4 Cincin Kode Warna

Cincin ke 1 dan ke 2 merupakan digit angka, dan cincin kode warna ke3 merupakan faktor pengali kemudian cincin kode warna ke-4 menunjukan nilai toleransi resistor.

• Resistor Dengan 4 Cincin Kode Warna

Cincin ke 1, ke 2 dan ke 3 merupakan digit angka, dan cincin kode 4 merupakan faktor pengali kemudian cincin kode warna ke-5 menunjukan nilai toleransi resistor.

• Resistor Dengan 6 Cincin Warna nya sama dengan resistor Resistor dengan 6 cicin warna pada prinsipnya dengan resistor 5 cincin warna dalam menentukan nilai resistansinya. Cincin ke-6 menentukan koefisien temperatur maksimum yang diijinkan untuk resistor tersebut.

Resistor dengan kode huruf dapat kita baca nilai resistansinya dengan mudah karena nilai resistansi dituliskan secara langsung. Pada umumnya resistor yang dituliskan dengan kode huruf memiliki urutan penulisan kapasitas daya, nilai resistansi dan toleransi resistor. Kode urutan digunakan untuk penulisan nilai resistansi resistor.

1.3.3 Tegangan Catu Daya / Adaptor

Secara umum Adaptor ada\ah rangkaian e\ektronika yang berfungsi untuk mengubah tegangan AC (arus yang tinggi menjadi tegangan DC (arus searah) yang \ebih rendah. Seperti yang kita tahu bahwa arus listrik yang digunakan di rumah, kantor dan lain-lain ada\ah arus listrik dari PIN (Perusahaan Listrik Negara) yang didistribusikan dalam bentuk arus bolak-ba\ik atau AC. Akan tetapi, pera\atan elektronika yang kita gunakan hampir sebagiar besar membutuhkan arus DC dengan tegangan yang lebih rendah untu pengoperasiannya. O\eh karena itu diper\ukan sebuah alat atau rangkala elektronika yang bisa merubah arus dari AC menjadi DC serta menyediak tegangan dengan besar tertentu sesuai yang dibutuhkan. Rangkaian yat berfungi untuk merubah arus AC menjadi DC tersebut disebut dengan istilah DC Power suply atau adaptor.

Rangkaian adaptor ini ada yang dipasang atau dirakit langsung pada elektornikanya dan ada juga yang dirakit secara terpisah. Untuk adaptor ) dirakit secara terpisah biasanya merupakan adaptor yang bersifat univ yang mempunyai tegangan output yang bisa diatur sesuai kebutuhan, 3 Volt, Volt, 6 Volt, 9 Volt,12 Volt dan seterusnya. Namun selain itu ada juga adaptor yang hanya menyediakan besar tegangan tertentu dan dipetuntukan untuk rangkaian elektronika tertentu misalnya adaptor laptop dan adaptor monitor.

Pada sebuah adaptor terdapat beberapa bagian atau blok yaitu trafo (transformator), rectifier (penyearah) dan filter.

• Trafo

Trafo adalah sebuah komponen yang berfungsi untuk menurunkan atau menaikan tegangan AC sesuai kebutuhan. Pada sebuah adaptor, trafo yang digunakan adalah trafo jenis step down atau trafo penurun tegangan.

Trafo tediri dari 2 bagian yaitu bagian primer dan bagian sekunder, pada masing-masing bagian terdapat lilitan kawat email yang jumlahnya berbeda. Untuk trafo step-down, jumlah lilitan primer akan lebih banyak dari jumlah sekunder. Lilitan primer merupakan input dari pada transformator sedangkan output-nya adalah pada lilitan sekunder. Meskipun tegangan telah diturunkan, output dari transformator masih berbentuk arus bolakbalik (arus AC) yang harus diproses selanjutnya.

• Rectifier (Penyearah)

Dalam rangkaian adaptor atau catu daya, tegangan yang sudah di turunkan oleh trafo, arusnya masih berupa arus bolak-balik atau AC. Karena arus yang dibutuhkan oleh rangkaian elektronika adalah arus DC, sehingga harus disearahkan terlebih dahulu. Bagian yang berfungsi untuk menyearahkan arus AC menjadi DC pada adaptor disebut dengan istilah rectifier (penyearah gelombang) seperti tampak Gambar 1.14.

Gambar 1.14 Simbol Rectifier Penyearah

Rangkaian rectifier biasanya terdiri dari komponen dioda. Pada rangkalan adaptor rangkaian rectifier ini terdiri dari 2 jenis yaitu:

1. HalfWave Rectifier : menggunakan 1 dioda penyearah

Gambar 1.15 Penyearah Half Wave Rectifier

1. Full Wave Rectifier : menggunakan 2 atau 4 dioda penyearah

Gambar 1.16 Penyearah Full Wave Rectifier 4 Diode

Filter adalah bagian yang berfungsi untuk menyaring atau meratakan sinyal arus yang keluar dari bagian rectifier. Filter ini biasanya terdiri dari komponen kapasitor (kondensator) yang berjenis elektrolit atau ELCO (Electrolyte Capacitor).

DI-D4=

Gambar 1.18 Penyearah Full Wave Rectifier 2 Diode

Sebenarnya dengan adanya bagian trafo, rectifier dan filter syarat dari sebuah adaptor sudah terpenuhi, namun terkadang tegangan yang dihasilkan biasanya tidak stabil sehingga diperlukan bagian lain yaitu yang berfungsi untuk menstabilkan tegangan dan mendapatkan tegangan yang akurat. Bagian tersebut adalah bagian regulator atau pengatur tegangan. Untuk menghasilkan tegangan dan Arus DC yang tetap dan stabili diperlukan bagian Voltage Regulator yang berfungsi untuk mengatur tegangan sehingga tegangan Output tidak dipengaruhi oleh suhu, arus beban dan juga tegangan input yang berasal Output Filter. Voltage Regulator pada umumnya terdiri Dioda Zenen Transistor atau IC.

Pada DC Power Supply yang canggih, biasanya Voltage Regulatorjuga dilengkapi dengan Short Circuit Protection (perlindungan atas hubung singkat), Current Limiting (Pembatas Arus) ataupun Over Voltage Protection (perlindungan kelebihan tegangan).

Secara Umum adaptor terbagi menjadi dua jenis yaitu adaptor konvensional dan adaptor menggunakna sistem switching atau SMPS.

• Adaptor atau catu daya konvensional

Pada adaptor atau catu daya konvensional, tegangan AC lebih diturunkan melalui sebuah transformator step-down kemudian disearahkan dengan dioda (rectifier) dan diratakan dengan kapasitor elektrolit. adaptor jenis ini masih menerapkan mode pengubahan tegangan DC menggunakan transformator step-down sebagai komponen penurunan tegangan. Pada adaptor ini, besarnya arus yang bertumpu pada arus yang dihasilkan oleh trafo penurun tegangan. adaptor ini adalah jenis adaptor yang sudah dijelaskan pada pembahasan di atas.

• Adaptor Switching (SPMS)

Adaptor sistem switching adalah penyempurnaan dari jenis adaptor konvensional yang masih mempunyai banyak kelemahan. Adaptor dengan sistem ini tidak lagi menggunakan trafo stepdown seperti adaptor konvensional. Sistem pada rangkaianya pun sangat berbeda dengan adaptor jenis konvensional.

1.3.4 Pembagi Tegangan (Voltage Divider)

Proyek Arduino terkadang melibatkan beberapa modul pendukung lain untuk berkerja. Umumnya modul-modul tersebut berkerja pada tegangan DC 3,3V 5,5V. Jika modul pendukung tersebut bertegangan 5V maka hal tersebut tidak menjadi masalah karena sesuai dengan tegangan kerja Arduino. Lalu bagaimana bila modul pendukung yang terhubung dengan Arduino bertegangan 3,3V? Meskipun beberapa modul masih bisa toleran terhadap tegangan yang lebih besar dari 3,3volt, namun bila dioperasikan secara terus-menerus akan menyebabkan kerusakan pada modul tersebut.

Solusi mudah adalah dengan membuat tegangan pembagi (voltage divider). Teknik tegangan pembagi ini akan banyak diterapkan pada contoh-contoh proyek dalam buku ini sehingga perlu dijelaskan dibagian awal. Gambar 1.21 merupakan empat contoh rangkaian skema tegangan pembagi.

Gambar 1.21 Skema Pembagi Tegangan

Contoh kasus pemakaian tegangan pembagi adalah ketika pin Rx dari antarmuka UART modul WiFi ESP8266 yang bekerja pada tegangan 3,3volt menerima input pin Tx Arduino dengan tegangan 5volt. Dari kasus tersebut, tegangan pin TX 5volt Arduino menuju pin RX ESP8266 akan disesuaikan menjadi atau mendekati. Berdasarkarkan Gambar 1.20 maka tegangan pernbagi d dirumuskan sebagai berikut:

VOut = Vin*(R2/((R1+R2)))

Jika megacu pada nilai resistor yang banyak tersedia di pasaran dan mengi rumus pembagi tegangan diperoleh tabel nilai sebagai berikut:

No	Tegangan Input (V)	Resistor	Resistor	Tegangan Ouput (Vout)
	5 Volt	1 K Ohm	2K Ohm	3.333 Volt
	5 Volt	2.7K Ohm	5.6K Ohm	3.373 Volt
	5 Volt	470 Ohm	1 K Ohm	3.401 Volt
	5 Volt	560 Ohm	1.2K Ohm	3.409 Volt
	5 Volt	3.3K Ohm	6.8K Ohm	3.366 Volt
	5 Volt	5.6K Ohm	1 OK Ohm	3.205 Volt

Anda dapat mencoba mengganti nilai RI dan R2 untuk mendekati nilai tegangan yang diinginkan. Sedangkan untuk penerapannya akan dibahas pada bagian selanjutnya.