* Artikel ini adalah hasil kerja sama dengan Intel Developer Zone. Artikel asli bisa dilihat di link ini.

Input dan output (I/O) adalah kunci untuk mendalami pembuatan prototipe perangkat Internet of Things. Artikel ini akan menjelaskan dasar dari I/O di perangkat elektronik beserta contoh pengimplementasiannya.

Agar sebuah sirkuit dapat melakukan sebuah tindakan yang berguna, sirkuit tersebut harus mendapatkan data (input) yang mana ia akan meresponnya dengan sebuah tindakan (output). Coba pikirkan saja sebuah mainan anak-anak yang ketika dipencet tombolnya akan menyalakan lampu dan jika kamu melepas tombolnya maka lampunya akan mati.

Sensor dan aktuator bermain di sini agar hal tersebut menjadi mungkin. Sensor berperan sebagai input: tugas mereka adalah untuk merasakan berbagai perbedaan yang terjadi di dunia nyata seperti temperatur, sentuhan, gaya, kelembapan, dan medan magnet. Sensor juga bisa disebut sebagai transduser karena mereka mengubah energi input yang ditemukan di dunia nyata ke energi output. Fungsi output biasanya diurus oleh aktuator, yang mana mengontrol perangkat seperti lampu atau speaker.

Sensor dan Aktuator

Ada banyak jenis sensor yang terserdia dan masing-masing didesain sesuai dengan perubahan energi yang mereka ukur. Contoh sensor adalah akselerometer yang sering ditemukan di banyak proyek. Sensor tersebut mengukur akselerasi gaya yang terdiri dari elemen seperti sinar yang dikenakan tegangan listrik yang mengakibatkan agitasi.

Dalam keluarga akselerometer, kamu dapat menemukan berbagai macam kategori tergantung pada bagaimana akselerometer merasakan perubahan di akselerasi seperti kapasitif (perubahan dalam kapasitansi berelasi dengan akselerasi), piezoelectric (menggunakan mikrokristal untuk menentukan output voltase yang diubah menjadi akselerasi), hall effect (mengganti medan magnet), magnetoresistive (perubahan di medan magnet), heat transfer, dan piezoresistive (perubahan di daya tahan elektrik)

Ketika membeli sensor untuk proyek kamu, perhatikan bahwa harganya akan bervariasi bergantung pada sensitifitas, jarak, presisi, dan ketepatan di antara faktor-faktor lain dari sensor tersebut.

Sebuah aktuator mengambil data dari sensor (sinyal elektrik) dan bereaksi berdasarkan data tersebut yang menyebabkan perubahan di dunia nyata. Aktuator juga disebut transduser karena ia mengubah sebuah jenis kuantitas menjadi jenis lain. Servo, motor, dan bel semuanya masuk ke dalam kategori output.

Di jaringan yang lebih kompleks, kamu dapat menggunakan banyak sensor dan aktuator terkoneksi dalam satu jaringan di mana koleksi dan koordinasi data dapat disent dari sensor ke sensor, sensor ke aktuator, atau aktuator ke aktuator.

Ada banyak pengaplikasian untuk sensor dan aktuator di dunia. Di bidang kesehatan, sebuah glucometer dilengkapi dengan sensor biologis yang mengukur jumlah glukosa dalam tubuh seseorang. Sebuah transduser kimiawi (input) menyebabkan insulin dilepaskan menggunakan micropump (output).

Gambar 1 menampilkan skenario I/O di mana sebuah sensor suara (input) mengkonversi suara menjadi impuls elekstris dan sebuah speaker (output) mengkonversikan impuls tersebut menjadi suara. Alurnya mulai dari sebuah input, diikuti oleh proses mengubah energi fisik menjadi gelombang elektrik, yang mengarah ke output fisik (suara).

Di Gambar 1, sensor dan aktuator terkoneksi ke sebuah papan Intel Edison yang mana membantu mengkonversi obserservasi fisik dari suara menjadi output yang dihasilkan oleh speaker.

Gambar 1. Input dan output untuk suara

Ketika sebuah sensor mendeteksi satu atau lebih sinyal (input), ia akan mengkonversikan sinyal tersebut menjadi representasi analog atau digital untuk diterima oleh aktuator. Perubahan analog bervariasi dengan laju berkelanjutan; ilustrasi untuk mereka adalah kurva halus berkelanjutan.

Data digital adalah hitungan presisi yang membuat grafik berirama dengan penaikan yang tajam, bagian konstan, dan penurunan yang tajam. Di contoh di Gambar 1, datanya adalah analog.

Perangkat elektronik menangani baik komunikasi analog maupun digital menghitung data dengan konverter analog-ke-digital yang membuat mikrokontroler dapat membuat koneksi ke sensor analog untuk dibaca dalam voltase analog.

Gambar 2 menyajikan representasi visual dari gelombang digital dan analog. Sensor dapat didesain dengan baik digital dan analog ataupun salah satu dari mereka saja. Bahkan, tersedia akselerometer yang analog dan digital di mana sensor cahaya dan suara dianggap sebagai analog.

 Gambar 2. Jenis sinyal digital and analog

Menjelajahi Input dan Output dengan Papan Intel Edison

Mari lihat lebih dalam apa yang mengakibatkan fungsionalitas I/O dalam sebuah papan seperti papan Intel Edison. Pin general-purpose input/output (GPIO) berada pada ujung papan ekspansi Arduino seperti yang diperlihatkan di Gambar 3.

Pin-pin tersebut adalah antarmuka fisik antara dunia nyata dengan papan Intel Edison. Setiap pin merepresentasikan sebuah tinggi (keadaan “on”, pergantian voltase) atau rendah (keadaan “off”, tidak ada voltase).

Kamu kemudian dapat menempelkan sebuah shield pada pinnya untuk membuat koneksi dengan sensor dan aktuator. Pada papan Intel Edison, data pin I/O ditulis dalam sebuah file yang berlokasi di /sys/class/gpio.

Berhubung pin-pin bersifat dua arah, arahnya dinyatakan pada /sys/class/gpio/gpio<XX>/direction di mana <XX> merepresenasikan angka yang diberikan untuk mengaktifkan GPIO dan arahnya bisa masuk atau ke luar.

Gambar 3. Pin-pin pada papan Intel Edison

Sekarang setelah kamu memiliki pemahaman jelas tentang apa itu I/O dan apa peran mereka dalam proyek kamu, mari lihat contoh yang lebih konkret yang kemungkinan akan temukan di kehidupan sehari-hari dan bagaimana kamu dapat membuat perangkat yang mirip dengan menggunakan teknologi Intel seperti papan Intel Edison atau Intel Galileo.

Sensor Cahaya

Sebuah sensor foto adalah perangkat analog pasif yang mengkonversikan energi cahaya baik yang terlihat ataupun yang infrared, menjadi sebuah output sinyal elektrik. Sensor cahaya terdiri dari 4 jenis bergantung pada bagaimana mereka bereaksi terhadap input (cahaya) yaitu: photoemissive, photoconductive, photovoltaic, dan photojunction.

Artikel ini akan fokus pada sensor photoconductive yang mana resistensi elektrik mereka bervariatif ketika diberikan cahaya. Peningkatan cahaya akan berakibat pada kenaikan pada arus listrik. Sebuah light-dependent resistor (LDR) adalah sensor photoconductive yang umum digunakan pada perangkat yang beraksi tergantung pada kehadiran atau ketiadaan cahaya seperti yang ditentukan oleh perubahan pada resistensi elektriknya.

Mobil-mobil baru secara otomatis menyalakan lampu mereka ketika tidak ada cahaya yang cukup seperti ketika senja hari atau ketika memasuki terowongan yang gelap. Demikian pula kamu dapat menggunakan lampu malam di dalam rumah kamu atau di ruangan luar rumah untuk memberi cahaya ketika malam hari.

Kamu dapat membuat lampu malam sederhana dengan menggunakan LDR, sumber energi (seperti baterai), lampu, resistor, dan transistor. Untuk menambahkan fungsionalitas, tentukan tindakan tergantung dengan input pada kode yang dimasukkan ke dalam papan Intel Edison.

Sensor Suara

Contoh perangkat yang menggunakan sensor sauara adalah lampu yang bisa mati dan hidup hanya denga menepuk tangan. Lampu tersebut berhitung dengan microfon yang mendengar suara di sekitarnya (input) yang mana mengubahnya menjadi sinyal elektrik dan kemudian dikuatkan

Filter di dalam lampu tersebut akan mencocokan suara tepuk tangan dengan mengidentifikasi suara mana yang berada pada frekuensi tertentu. Tergantung pada hasil dari filter, alat tersebut akan mengirimkan (atau tidak) sinyal elektrik ke sumber energi untuk menyalakan atau mematikan perangkat yang terkoneksi ke sumber tersebut.

Dengan menggunakan papan Intel Edison dengan papan ekstensi Arduino bersamaan dengan speaker dan beberapa transistor, kamu dapat membuat pendeteksi tepuk tangan kamu sendiri seperti yang dijelaskan pada proyek Instructables “Secret Knock Detecting Door Lock” di http://www.instructables.com/id/Secret-Knock-Detecting-Door-Lock.

Kesimpulan

Kamu dapat menggunakan sensor untuk mendapatkan data dan mengkombinasikannya dengan aktuator sehingga datanya dapat menghasilkan transformasi input fisik menjadi output fisik. Berbagai macam sensor tersedia di dunia yang dapat mengakomodir berbagai kasus penggunaan seperti sensor panas, sensor foto, dan sensor tekanan. Koneksikan sensor dan aktuator ke papan Intel Edison atau Intel Galileo untuk mendapatkan data dari sensor dan mengeluarkan output ke actuator.

Bacaan tambahan:

• Kunjungi situs web sensor Intel Developer Zone untuk mempelajari lebih lanjut.
• Kunjungi situs web papan Intel Edison untuk mempelajari lebih lanjut.
• Kunjungi situs web papan Intel Galileo untuk mempelajari lebih lanjut.
• Jelajahi penawaran gateway IoT untuk membandingkan fitur dan keperluan.
• Kunjungi situs web sensor Intel Developer Zone untuk mempelajari lebih lanjut tentang teknologi IoT Intel.

* Artikel ini adalah hasil kerja sama dengan Intel Developer Zone. Artikel asli bisa dilihat di link ini.