MONITORING SUHU DAN KELEMBABAN DENGAN ESP32, DHT11, DAN THINGSPEAK
2.3 Dasar Teori
2.3.1 Internet Of Things (IoT)
2.3.1.1 Apa Itu IoT
Internet of Things adalah sebuah konsep yang terhubung dengan perangkat sebagai media komunikasi berbasis internet. Dengan adanya IoT, seorang user dapat saling terhubung dan berkomunikasi untuk melakukan aktivitas tertentu, mencari,
mengolah, dan mengirimkan informasi secara otomatis.
Jika membicarakan tentang IoT, konsep ini sepintas hampir serupa dengan M2M (Machine-to-Machine). Akan tetapi, sebenarnya kedua konsep ini memiliki perbedaan dari segi skala dan lingkup penggunaannya.
M2M di sini merujuk pada teknologi yang memungkinkan komunikasi antara mesin-mesin tanpa melibatkan campur tangan manusia. Dengan kata lain, M2M lebih berfokus pada sistem kerja mesin untuk menjalankan sebuah program.
Contoh paling mudah dilihat adalah pada pengoperasiannya mesin di sebuah pabrik. Di pabrik, mesin-mesin berjalan otomatis dan berkomunikasi antar-sesama mesin saja. Jadi, mereka bisa mengatur sendiri jalannya produksi tanpa perlu diintervensi oleh manusia.
Sudah terlihat perbedaannya, bukan? Perlu diingat juga bahwa dalam praktiknya kedua konsep ini kerap kali digunakan secara bersamaan. Hal ini disebabkan karena tujuan dari IoT dan M2M adalah sama-sama membangun sebuah komunikasi yang terhubung secara otomatis untuk meningkatkan efisiensi.
2.3.1.2 Cara Kerja IoT
Pada dasarnya, IoT beroperasi dengan cara menghubungkan berbagai jenis perangkat seperti software atau hardware ke jaringan internet. Ada 3 komponen utama yang berperan penting dalam proses kerja IoT, yaitu sensor, gateway, dan cloud.
Sensor yang digunakan pada konsep ini dapat berupa sensor gerakan, sensor cahaya, dan jenis sensor lainnya. Tujuan dari penggunaan komponen ini adalah untuk mengumpulkan data dari objek-objek fisik yang terhubung dengan jaringan internet.
Setelah sensor berhasil mengumpulkan data tersebut, komponen gateway berfungsi untuk mentransmisikan data itu ke cloud atau internet yang terhubung. Gateway di sini juga dapat memproses serta melakukan tindakan otomatis terhadap data yang ada, seperti mematikan atau menyalakan perangkat yang terhubung. Di sini, AI dapat membantu IoT untuk mengoptimalkan fungsi perangkat.
Terakhir, data yang sudah ditransmisikan tersebut kemudian dikirimkan ke server cloud. Cloud yang sudah terkoneksi dengan internet ini juga akan memberikan layanan dan aplikasi yang diperlukan untuk mengelola IoT.
Dengan begitu, user bisa langsung memberikan perintah kepada sebuah perangkat untuk melakukan sesuatu dengan mengakses data dari cloud.
2.3.1.3 Komponen Utama IoT
ESP32 Berikut adalah penjelasan yang lebih rinci mengenai komponen utama dalam sistem IoT:
• Perangkat Cerdas (Smart Devices)
Perangkat cerdas merupakan elemen pertama dalam ekosistem IoT yang bertindak sebagai pengumpul data atau eksekutor perintah. Perangkat ini biasanya dilengkapi dengan berbagai sensor dan aktuator yang memungkinkan mereka mendeteksi perubahan lingkungan dan meresponsnya secara otomatis.
• Jaringan Konektivitas (Connectivity Network)
Konektivitas adalah kunci utama dalam IoT karena memungkinkan perangkat untuk berkomunikasi satu sama lain serta mengirim dan menerima data ke platform cloud atau pengguna akhir. Berbagai jenis teknologi konektivitas digunakan sesuai dengan kebutuhan aplikasi IoT.
• Platform Cloud (Cloud Computing)
Cloud berfungsi sebagai pusat penyimpanan, pemrosesan, dan analisis data dalam sistem IoT. Perangkat IoT mengirimkan data yang dikumpulkan ke cloud untuk diproses lebih lanjut sehingga dapat menghasilkan informasi yang berguna bagi pengguna.
• Antarmuka Pengguna (User Interface)
Agar pengguna dapat berinteraksi dengan perangkat IoT, diperlukan antarmuka yang memungkinkan pemantauan dan pengendalian perangkat dengan mudah.
2.3.2 ThinkSpeak
Gambar 1 ThinkSpeak
ThingSpeak adalah platform berbasis web yang memungkinkan pengguna untuk mengumpulkan, menyimpan, dan menganalisis data dari berbagai perangkat yang terhubung ke internet. ThingSpeak merupakan bagian dari Internet of Things (IoT)
Fitur ThingSpeak:
• Memvisualisasikan data dalam bentuk grafik dan dashboard
• Mengontrol perangkat dari jarak jauh
• Mengumpulkan data dari sensor seperti suhu, kelembaban, dan gas • Menerima data menggunakan protokol HTTP melalui internet
• Menyimpan data dalam channel
Kelebihan:
• Gratis untuk penggunaan personal (dengan batas 3 juta pesan per tahun). • Mudah digunakan dengan dokumentasi lengkap.
• Mendukung berbagai protokol komunikasi (HTTP, MQTT, REST API). • Terintegrasi dengan MATLAB untuk analisis lanjutan.
• Bisa digunakan untuk notifikasi otomatis dan kendali perangkat IoT. Kekurangan:
• Batas kecepatan pengiriman data (hanya 1 update per 15 detik untuk akun gratis).
• Antarmuka sederhana, kurang fleksibel dibandingkan platform IoT lain seperti AWS IoT atau Google Cloud IoT.
• Akses premium berbayar, jika ingin fitur lebih canggih seperti faster updates dan private channels.
2.3.3 Pengertian ESP32
ESP32 adalah modul mikrokontroler terintegrasi yang memiliki fitur lengkap dan kinerja tinggi. Modul ini merupakan pengembangan dari ESP8266, yang merupakan modul WiFi populer. ESP32 memiliki dua prosesor komputasi, satu prosesor untuk mengelola jaringan WiFi dan Bluetooth, serta satu prosesor lainnya untuk menjalankan aplikasi. Dilengkapi dengan memori RAM yang cukup besar untuk menyimpan data.
Fitur yang berguna seperti TCP/IP, HTTP, dan FTP. Modul ini juga dilengkapi fitur pemrosesan sinyal analog, dukungan untuk sensor, dan dukungan untuk perangkat masukan/keluaran (I/O) digital. ESP32 juga memiliki dukungan untuk konektivitas Bluetooth. Dapat digunakan untuk mengendalikan perangkat yang terhubung dengan Bluetooth.
Beberapa spesifikasi utama ESP32 antara lain:
1. Prosesor: Dual-core Xtensa LX6 240 MHz
2. Memori: RAM 520 KB, Flash Storage hingga 16 MB
3. Konektivitas: Wi-Fi 802.11 b/g/n, Bluetooth 4.2 (Classic + BLE)
4. GPIO: Hingga 36 pin I/O
5. Sensor & Modul Tambahan: ADC, DAC, Touch Sensor, PWM, I2C, SPI, UART
Kelebihan ESP32:
1. Memiliki modul WiFi dan Bluetooth
2. Memiliki pin input ADC yang banyak
3. Memiliki sumber daya bangun yang berbeda
4. Memiliki banyak periferal
5. Lebih serbaguna
Kekurangan ESP32:
1. Lebih mahal daripada ESP8266
2. SRAM terbatas
3. Hanya mendukung Wi-Fi 2.4GHz
4. Resolusi ADC terbatas
5. Konsumsi daya lebih tinggi
6. Alat pengembangan yang kompleks
7. Tegangan operasi 3.3V, sehingga suplai listrik pada rangkaian tidak boleh lebih dari 3.3V
Gambar 2. Esp32 Wrover Cam GPIO
Gambar diatas merupakan kaki pin yang ada pada Esp32 cam berikut penjelasan dari pin-pin Esp32.
1. ADC: Analog Digital Converter. Rentang tegangan masukan 0-1v 2. RST: reset modul
3. GND: Ground
4. I2C: komunikasi 2 kawat kabel
5. PWD :power input
6. GPIO: GIPO input dan Output
7. Touch: pin untuk sensor input
8. Hall Snesor pin
9. PWM Cable
10. OnBoard Led: pin untuk led di Esp32.
11. SPI function.
12. Camera function pin.
2.3.4 Sensor DHT11
Sensor suhu dan kelembaban kadang-kadang dikembangkan secara terpisah, tetapi banyak peneliti membutuhkan kedua sensor pada saat yang sama. Beberapa produsen sensor membuat perangkat sensor tunggal untuk mengukur kedua parameter. Sensor suhu kelembaban adalah DHT11.
DHT11 adalah sensor digital yang dapat mengukur suhu dan kelembaban udara sekitar. Sensor ini sangat mudah digunakan dengan Arduino. Ini sangat stabil dan memiliki kalibrasi yang sangat akurat. Koefisien kalibrasi disimpan dalam memori program OTP, sehingga modul ini masuk ke dalam perhitungan saat sensor mendeteksi sesuatu.
Gambar 3. Sensor DHT11
Spesifikasi:
1. Tegangan suplai:+5v.
2. Kisaran suhu: 0 hingga 50 ° C kesalahan ± 2 ° C.
3. Kelembaban: 20-90% RH ± 5% RH kesalahan.
4. Antarmuka : Digital.
5. Kabel koneksi 3-pin
Kelebihan DHT11:
1. Biaya murah
2. Mudah digunakan dan dibawa
3. Keluaran data melalui satu pin
4. Konsumsi daya rendah
Kekurangan DHT11:
1. Akurasi lebih rendah dibandingkan dengan DHT22
2. Jangkauan terbatas
3. Laju pengambilan sampel maksimum satu pembacaan setiap 2 detik.
2.3.5 Komunikasi Data pada IoT
Komunikasi data adalah aspek krusial dalam sistem Internet of Things (IoT). Perangkat IoT mengandalkan jaringan komunikasi untuk bertukar informasi antara sensor, mikrokontroler, cloud, dan antarmuka pengguna. Beberapa protokol komunikasi yang umum digunakan dalam proyek IoT antara lain:
1. HTTP (Hypertext Transfer Protocol)
Protokol ini sering digunakan untuk mengirim data dari perangkat ke server (cloud) seperti ThingSpeak. HTTP mudah diimplementasikan, tetapi kurang efisien untuk perangkat dengan daya rendah karena konsumsi bandwidth yang tinggi.
2. MQTT (Message Queuing Telemetry Transport)
MQTT adalah protokol komunikasi ringan yang dirancang khusus untuk perangkat IoT dengan keterbatasan bandwidth dan sumber daya. MQTT bekerja berdasarkan model publish-subscribe, sehingga sangat efisien untuk pengiriman data secara real-time.
3. WebSocket
WebSocket menyediakan komunikasi dua arah (full-duplex) antara perangkat dan server. Protokol ini berguna saat dibutuhkan pertukaran data secara terus-menerus antara client dan server tanpa harus membuka koneksi baru setiap kali.
4. UART/I2C/SPI
Ketiga protokol ini digunakan untuk komunikasi antar-perangkat di level hardware, seperti komunikasi antara ESP32 dan sensor seperti DHT11.
- UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter): Protokol komunikasi serial.
- I2C (Inter-Integrated Circuit): Komunikasi dua kawat, digunakan untuk komunikasi antara mikrokontroler dan sensor.
- SPI (Serial Peripheral Interface): Komunikasi cepat yang digunakan untuk perangkat dengan kebutuhan transfer data tinggi.
2.3.6 Arsitektur Sistem Monitoring Suhu dan Kelembaban
Sistem monitoring suhu dan kelembaban berbasis ESP32, DHT11, dan ThingSpeak terdiri dari beberapa komponen yang bekerja secara terintegrasi. Berikut adalah alur arsitektur sistemnya:
- Pengambilan Data
Sensor DHT11 membaca suhu dan kelembaban lingkungan sekitar, lalu mengubah data tersebut menjadi sinyal digital. - Pemrosesan Data
ESP32 menerima data dari DHT11 melalui pin digital dan mengolahnya menggunakan program (kode Arduino/C++). - Pengiriman Data ke Cloud
ESP32 terhubung ke internet melalui WiFi dan mengirimkan data suhu dan kelembaban ke platform ThingSpeak menggunakan protokol HTTP. - Penyimpanan dan Visualisasi Data
ThingSpeak menyimpan data dalam channel yang dapat divisualisasikan dalam bentuk grafik (line chart atau bar chart) untuk memantau perubahan suhu dan kelembaban dari waktu ke waktu. - Akses Pengguna
Pengguna dapat mengakses data secara real-time melalui dashboard ThingSpeak menggunakan browser atau aplikasi pendukung.
Kesimpulan
Sistem monitoring suhu dan kelembaban berbasis Internet of Things (IoT) memanfaatkan integrasi antara sensor, mikrokontroler, jaringan komunikasi, dan platform cloud untuk melakukan pengukuran dan pemantauan secara otomatis dan real-time.
Peran masing-masing komponen sangat penting dalam membangun sistem ini:
- ESP32 berfungsi sebagai otak sistem yang memproses dan mengirimkan data,
- DHT11 sebagai sensor yang membaca suhu dan kelembaban lingkungan,
- ThingSpeak sebagai platform cloud yang menyimpan dan menampilkan data dalam bentuk visualisasi grafik yang mudah dipahami.
Komunikasi antar perangkat menggunakan protokol seperti HTTP, MQTT, atau WebSocket, dengan dukungan dari antarmuka hardware seperti UART dan I2C. Arsitektur sistem ini memungkinkan pengguna untuk mengakses data dari jarak jauh, melakukan pemantauan secara berkala, dan bahkan memberikan perintah ke perangkat secara otomatis.
Dengan penerapan sistem ini, proses pemantauan lingkungan menjadi lebih efisien, hemat energi, dan mudah diakses kapan saja melalui internet.
