M4
1. Judul Rancangan [Kembali]
SMART EARLY WARNING SYSTEM KONDISI LINGKUNGAN KANDANG AYAM AKIBAT CUACA EKSTREM BERBASIS STM32 BLUEPILL
2. Tujuan Rancangan [Kembali]
1. Merancang dan mengimplementasikan Smart Early Warning System berbasis mikrokontroler STM32F103C8T6 BluePill untuk memantau kondisi lingkungan kandang ayam secara real-time sebagai upaya mitigasi dampak cuaca ekstrem terhadap kesehatan dan produktivitas ternak.
2. Mengintegrasikan beberapa sensor lingkungan yang terdiri dari Rain Sensor YL-83 untuk mendeteksi kondisi hujan, Sensor LM35 untuk mengukur suhu lingkungan kandang, dan Sensor MQ-135 untuk memantau kualitas udara serta konsentrasi gas yang berpotensi membahayakan ayam ke dalam satu sistem pemantauan terpadu.
3. Menerapkan sistem pengolahan data sensor pada STM32 BluePill untuk menganalisis perubahan parameter lingkungan kandang dan menentukan tingkat kondisi lingkungan berdasarkan kategori aman, waspada, dan bahaya akibat pengaruh cuaca ekstrem.
4. Menampilkan informasi kondisi lingkungan kandang secara langsung melalui LCD 16×2 dengan modul I2C sehingga peternak dapat memantau nilai suhu, kualitas udara, dan status cuaca secara mudah dan cepat.
5. Memberikan peringatan dini yang responsif melalui LED Indicator sebagai penanda tingkat kondisi lingkungan serta Buzzer 5V sebagai alarm ketika parameter lingkungan melebihi batas aman yang telah ditentukan.
6. Meningkatkan efektivitas pemantauan kondisi kandang ayam dan mempercepat tindakan penanganan oleh peternak melalui sistem peringatan dini otomatis guna mengurangi risiko stres, gangguan kesehatan, dan kematian ayam akibat perubahan cuaca ekstrem.
3. Daftar Alat & Komponen [Kembali]
1.STM32F103C8T6
2.Rain Sensor YL-83
3.Sensor MQ-135
4.Sensor LM35
5.LCD 16x2 dengan Modul I2C
6.LED Indicator
7.Buzzer 5V
8.Software Pendukung(STM32CubeIDE)
9. Lampu DC
4.1 Sistem Peringatan Dini (Early Warning System)
Early Warning System (EWS) merupakan suatu sistem yang dirancang untuk mendeteksi kondisi berbahaya secara dini dan memberikan informasi atau peringatan kepada pengguna agar tindakan pencegahan dapat segera dilakukan. Sistem ini umumnya memanfaatkan sensor untuk memantau parameter tertentu secara real-time, kemudian mengolah data tersebut untuk menghasilkan notifikasi apabila terjadi kondisi yang melebihi batas aman.
Dalam bidang peternakan, sistem peringatan dini berperan penting dalam menjaga kondisi lingkungan kandang agar tetap berada pada kondisi optimal. Dengan adanya sistem ini, peternak dapat mengetahui perubahan suhu, kelembaban, curah hujan, maupun kualitas udara secara cepat sehingga risiko kerugian akibat kematian ternak dapat diminimalkan.
4.2 Cuaca Hidrometeorologi dan Dampaknya terhadap Peternakan Ayam
Cuaca hidrometeorologi merupakan kondisi cuaca yang berkaitan dengan unsur meteorologi dan hidrologi seperti hujan, kelembaban udara, suhu, serta angin. Fenomena cuaca ekstrem seperti hujan lebat dan peningkatan kelembaban udara dapat memberikan dampak negatif terhadap kesehatan ayam.
Suhu lingkungan yang terlalu tinggi dapat menyebabkan heat stress yang mengakibatkan penurunan konsumsi pakan, gangguan pertumbuhan, serta penurunan produktivitas ayam. Selain itu, kelembaban yang tinggi dapat meningkatkan pertumbuhan mikroorganisme penyebab penyakit dan mempercepat pembentukan gas amonia dari kotoran ayam. Oleh karena itu, pemantauan kondisi lingkungan kandang secara terus-menerus menjadi sangat penting untuk menjaga kesehatan ternak.
4.3 Mikrokontroler STM32F103C8T6 (Blue Pill)
STM32F103C8T6 atau yang dikenal sebagai Blue Pill merupakan mikrokontroler berbasis ARM Cortex-M3 yang dikembangkan oleh STMicroelectronics. Mikrokontroler ini memiliki kecepatan hingga 72 MHz, memori Flash sebesar 64 KB, serta berbagai fitur komunikasi seperti UART, SPI, I2C, PWM, dan ADC.
STM32 Blue Pill dipilih sebagai pusat kendali sistem karena memiliki kemampuan pemrosesan yang baik, konsumsi daya yang rendah, serta mendukung integrasi berbagai sensor dan aktuator. Dalam sistem ini, STM32 bertugas membaca data sensor, mengolah data, menentukan status kondisi kandang, serta mengendalikan LCD, LED, dan buzzer.
4.4 Sensor LM35
LM35 merupakan sensor suhu analog yang menghasilkan tegangan keluaran yang berbanding lurus dengan suhu yang terukur. Sensor ini memiliki tingkat akurasi yang cukup baik dan rentang pengukuran suhu sekitar -55°C hingga 150°C. Salah satu keunggulan LM35 adalah hasil pengukuran yang telah terkalibrasi dalam satuan derajat Celcius sehingga tidak memerlukan proses kalibrasi tambahan yang kompleks.
Sensor LM35 menghasilkan perubahan tegangan sebesar 10 mV untuk setiap kenaikan suhu 1°C. Karena menghasilkan sinyal analog, sensor ini memanfaatkan fitur Analog to Digital Converter (ADC) pada mikrokontroler STM32 untuk mengubah sinyal analog menjadi data digital yang dapat diproses sistem.
Pada peternakan ayam, pemantauan suhu sangat penting karena suhu lingkungan yang terlalu tinggi dapat menyebabkan heat stress, menurunkan konsumsi pakan, menghambat pertumbuhan, dan meningkatkan risiko kematian ayam. Oleh karena itu, LM35 digunakan untuk memantau suhu kandang secara real-time sehingga tindakan pencegahan dapat segera dilakukan ketika suhu berada di luar batas normal.
4.5 Sensor Hujan (Rain Sensor)
Rain Sensor merupakan sensor yang digunakan untuk mendeteksi keberadaan air hujan pada permukaannya. Sensor ini bekerja berdasarkan perubahan resistansi atau konduktivitas listrik akibat adanya tetesan air.
Dalam sistem yang dirancang, Rain Sensor berfungsi untuk mendeteksi intensitas hujan di sekitar kandang ayam. Informasi ini digunakan sebagai indikator awal potensi peningkatan kelembaban lingkungan, genangan air, maupun risiko banjir yang dapat mengganggu kenyamanan dan kesehatan ternak.
4.6 Sensor Gas MQ-135
MQ-135 merupakan sensor gas yang mampu mendeteksi berbagai jenis gas seperti amonia (NH₃), karbon dioksida (CO₂), benzena, dan beberapa senyawa organik lainnya. Sensor ini menghasilkan sinyal analog yang dapat dibaca oleh ADC pada mikrokontroler.
Dalam kandang ayam, gas amonia berasal dari proses penguraian kotoran ayam. Konsentrasi amonia yang tinggi dapat menyebabkan iritasi saluran pernapasan, menurunkan produktivitas, serta meningkatkan risiko penyakit pada ayam. Oleh karena itu, pemantauan kadar amonia menjadi salah satu parameter penting dalam menjaga kualitas udara kandang.
4.7 LCD I2C 16×2
LCD I2C 16×2 merupakan perangkat keluaran (output device) yang digunakan untuk menampilkan informasi dalam bentuk karakter. Modul I2C memungkinkan komunikasi hanya menggunakan dua jalur data yaitu SDA (Serial Data) dan SCL (Serial Clock), sehingga penggunaan pin mikrokontroler menjadi lebih efisien.
Pada sistem ini, LCD digunakan untuk menampilkan data suhu, kelembaban, status hujan, kadar gas amonia, serta tingkat bahaya yang terdeteksi secara real-time.
4.8 Buzzer
Buzzer merupakan komponen elektronika yang berfungsi menghasilkan suara sebagai indikator peringatan. Buzzer sering digunakan pada sistem alarm karena mampu memberikan notifikasi secara langsung kepada pengguna.
Dalam sistem ini, buzzer akan aktif ketika kondisi lingkungan kandang berada pada kategori waspada atau bahaya sehingga peternak dapat segera melakukan tindakan penanganan.
4.9 LED Indikator
LED (Light Emitting Diode) merupakan komponen elektronika yang mampu memancarkan cahaya ketika dialiri arus listrik. LED digunakan sebagai indikator visual untuk menunjukkan kondisi tertentu.
Pada sistem ini digunakan tiga warna LED, yaitu:
- LED hijau menunjukkan kondisi normal.
- LED kuning menunjukkan kondisi waspada.
- LED merah menunjukkan kondisi bahaya.
Penggunaan LED memudahkan peternak dalam mengetahui kondisi kandang hanya melalui pengamatan visual tanpa harus melihat data secara detail.
6. Listing Program [Kembali]
#include "main.h"
#include <stdio.h> // Untuk fungsi sprintf
/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "liquidcrystal_i2c.h" // Library LCD I2C Anda
/* USER CODE END Includes */
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
ADC_HandleTypeDef hadc1;
I2C_HandleTypeDef hi2c1;
/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_ADC1_Init(void);
static void MX_I2C1_Init(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */
uint16_t Baca_ADC_Channel(uint32_t channel);
/* USER CODE END PFP */
/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
uint16_t adc_hujan = 0;
uint16_t adc_gas = 0;
uint16_t adc_suhu = 0;
uint32_t intensitas_persen = 0;
uint32_t intensitas_koma = 0;
uint32_t gas_persen = 0;
uint32_t gas_koma = 0;
float suhu = 0;
char buffer_lcd[16];
uint32_t timestamp_lcd = 0;
/*
0 = Gas
1 = Hujan
2 = Suhu
*/
uint8_t mode_tampilan = 0; // 0 = Tampilan Hujan, 1 = Tampilan Gas
/* USER CODE END 0 */
/**
* @brief The application entry point.
* @retval int
*/
int main(void)
{
/* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
HAL_Init();
/* Configure the system clock */
SystemClock_Config();
/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
MX_ADC1_Init();
MX_I2C1_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */
// 1. Kalibrasi ADC internal
HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1);
// 2. Inisialisasi LCD I2C (16x2)
HD44780_Init(2);
HD44780_Clear();
// Tampilkan pesan pembuka
HD44780_SetCursor(0, 0);
HD44780_PrintStr(" SYSTEM READY ");
HAL_Delay(1000);
HD44780_Clear();
// Inisialisasi timer awal untuk pergantian LCD
timestamp_lcd = HAL_GetTick();
/* USER CODE END 2 */
/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
// ==========================
// BACA HUJAN
// ==========================
adc_hujan =
Baca_ADC_Channel(
ADC_CHANNEL_0);
uint32_t balik =
4095 -
adc_hujan;
uint32_t hasil =
(balik*1000)
/4095;
intensitas_persen =
hasil/10;
intensitas_koma =
hasil%10;
// ==========================
// BACA GAS
// ==========================
adc_gas =
Baca_ADC_Channel(
ADC_CHANNEL_2);
hasil =
(adc_gas*1000)
/4095;
gas_persen =
hasil/10;
gas_koma =
hasil%10;
// ==========================
// BACA LM35
// ==========================
adc_suhu =
Baca_ADC_Channel(
ADC_CHANNEL_4);
float tegangan =
(
adc_suhu *
3.3f
) / 4095.0f;
suhu =
tegangan *
100.0f;
// ==========================
// OUTPUT PB9
// ==========================
if(
intensitas_persen>30
||
gas_persen>50
)
{
HAL_GPIO_WritePin(
GPIOB,
GPIO_PIN_9,
GPIO_PIN_SET);
}
else
{
HAL_GPIO_WritePin(
GPIOB,
GPIO_PIN_9,
GPIO_PIN_RESET);
}
// ==========================
// OUTPUT PB1
// ==========================
if(suhu>30)
{
HAL_GPIO_WritePin(
GPIOB,
GPIO_PIN_1,
GPIO_PIN_SET);
}
else
{
HAL_GPIO_WritePin(
GPIOB,
GPIO_PIN_1,
GPIO_PIN_RESET);
}
// ==========================
// GANTI TAMPILAN
// ==========================
if(
HAL_GetTick()
-
timestamp_lcd
>
5000
)
{
timestamp_lcd=
HAL_GetTick();
mode_tampilan++;
if(
mode_tampilan>2
)
{
mode_tampilan=0;
}
HD44780_Clear();
}
// ==========================
// MODE GAS
// ==========================
if(mode_tampilan==0)
{
HD44780_SetCursor(0,0);
sprintf(
buffer_lcd,
"Gas:%lu.%lu%%",
gas_persen,
gas_koma
);
HD44780_PrintStr(
buffer_lcd
);
HD44780_SetCursor(0,1);
if(gas_persen>50)
{
HD44780_PrintStr(
"Kond:GAS"
);
}
else
{
HD44780_PrintStr(
"Kond:SEGAR"
);
}
}
// ==========================
// MODE HUJAN
// ==========================
else if(mode_tampilan==1)
{
HD44780_SetCursor(0,0);
sprintf(
buffer_lcd,
"Hjn:%lu.%lu%%",
intensitas_persen,
intensitas_koma
);
HD44780_PrintStr(
buffer_lcd
);
HD44780_SetCursor(
0,
1
);
if(
intensitas_persen>50
)
{
HD44780_PrintStr(
"Kond:BAHAYA"
);
}
else
{
HD44780_PrintStr(
"Kond:AMAN"
);
}
}
// ==========================
// MODE SUHU
// ==========================
else
{
uint32_t suhu_utama =
(uint32_t)suhu;
uint32_t suhu_koma =
(
(uint32_t)
(suhu * 10)
) % 10;
HD44780_SetCursor(0,0);
sprintf(
buffer_lcd,
"Suhu:%lu.%luC ",
suhu_utama,
suhu_koma
);
HD44780_PrintStr(
buffer_lcd
);
HD44780_SetCursor(0,1);
if(suhu > 30)
{
HD44780_PrintStr(
"Kond:PANAS "
);
}
else
{
HD44780_PrintStr(
"Kond:NORMAL "
);
}
}
HAL_Delay(300);
}
/* USER CODE END 3 */
}
/* USER CODE BEGIN 4 */
/**
* @brief Fungsi membaca ADC secara spesifik berdasarkan channel yang diinginkan
* Berfungsi untuk melakukan switching channel dinamis pada single ADC.
*/
uint16_t Baca_ADC_Channel(uint32_t channel)
{
ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};
uint16_t nilai_raw = 0;
// Atur ulang konfigurasi channel sebelum membaca
sConfig.Channel = channel;
sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1;
sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_55CYCLES_5;
if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
// Mulai konversi ADC
HAL_ADC_Start(&hadc1);
if (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 10) == HAL_OK)
{
nilai_raw = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
}
HAL_ADC_Stop(&hadc1);
return nilai_raw;
}
/* USER CODE END 4 */
/**
* @brief ADC1 Initialization Function
*/
static void MX_ADC1_Init(void)
{
// Konfigurasi dasar ADC1 dibuat tetap non-scan karena perpindahan channel dikendalikan di fungsi runtime
hadc1.Instance = ADC1;
hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE;
hadc1.Init.ContinuousConvMode = DISABLE;
hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;
if (HAL_ADC_Init(&hadc1) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
}
/**
* @brief I2C1 Initialization Function
*/
static void MX_I2C1_Init(void)
{
hi2c1.Instance = I2C1;
hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000;
hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0;
hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
hi2c1.Init.OwnAddress2 = 0;
hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
if (HAL_I2C_Init(&hi2c1) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
}
/**
* @brief GPIO Initialization Function
*/
static void MX_GPIO_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
/* Enable GPIO Clocks */
__HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
/* Set Kondisi Awal Output PB9 ke LOW */
HAL_GPIO_WritePin(
GPIOB,
GPIO_PIN_9 | GPIO_PIN_1,
GPIO_PIN_RESET
);
/* Inisialisasi PB9 sebagai Output Push-Pull */
GPIO_InitStruct.Pin =
GPIO_PIN_9 |
GPIO_PIN_1;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
}
/**
* @brief System Clock Configuration
*/
void SystemClock_Config(void)
{
RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};
RCC_PeriphCLKInitTypeDef PeriphClkInit = {0};
RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
PeriphClkInit.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_ADC;
PeriphClkInit.AdcClockSelection = RCC_ADCPCLK2_DIV6;
if (HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&PeriphClkInit) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
}
void Error_Handler(void)
{
__disable_irq();
while (1)
{
}
}
8. Foto Rangkaian Prototype [Kembali]
10. Kesimpulan dan Saran [Kembali]
Kesimpulan
- Smart Early Warning System berbasis STM32 Blue Pill dapat digunakan untuk memantau kondisi lingkungan kandang ayam secara otomatis dan real-time melalui pembacaan sensor suhu, kelembaban, hujan, dan kadar gas amonia.
- Sensor DHT22, Rain Sensor, dan MQ-135 mampu memberikan data lingkungan yang diperlukan untuk mendeteksi kondisi kandang yang berpotensi membahayakan kesehatan dan produktivitas ayam.
- STM32F103C8 (Blue Pill) berfungsi sebagai pusat pengolahan data yang mengintegrasikan seluruh sensor dan perangkat keluaran sehingga sistem dapat bekerja secara terkoordinasi.
- LCD I2C 16×2 mampu menampilkan informasi kondisi kandang secara langsung, sedangkan LED indikator dan buzzer berfungsi memberikan peringatan visual dan suara sesuai tingkat kondisi yang terdeteksi.
- Sistem dapat mengklasifikasikan kondisi kandang ke dalam tiga kategori, yaitu normal, waspada, dan bahaya, berdasarkan parameter suhu, kelembaban, intensitas hujan, dan kadar amonia yang telah ditentukan.
- Implementasi sistem ini berpotensi membantu peternak dalam melakukan tindakan pencegahan lebih cepat sehingga dapat mengurangi risiko stres, penyakit, penurunan produktivitas, maupun kematian ayam akibat perubahan cuaca hidrometeorologi.
Saran
- Menambahkan modul komunikasi berbasis IoT seperti ESP8266, ESP32, atau LoRa agar data kondisi kandang dapat dipantau dari jarak jauh melalui smartphone maupun komputer.
- Menambahkan sensor pendukung lainnya, seperti sensor ketinggian air, sensor kecepatan angin, atau sensor intensitas cahaya untuk meningkatkan kemampuan monitoring lingkungan kandang.
- Mengembangkan sistem dengan fitur penyimpanan data (data logging) sehingga riwayat kondisi lingkungan kandang dapat dianalisis untuk mendukung pengambilan keputusan peternakan.
- Menambahkan aktuator otomatis, seperti kipas ventilasi, exhaust fan, atau sistem penyemprot air (mist system) yang dapat bekerja secara otomatis ketika kondisi kandang berada pada status waspada atau bahaya.
- Melakukan kalibrasi sensor secara berkala untuk menjaga akurasi pengukuran suhu, kelembaban, curah hujan, dan kadar gas amonia.
- Melakukan pengujian sistem pada kondisi kandang yang sebenarnya dalam jangka waktu yang lebih panjang agar dapat diketahui tingkat keandalan dan efektivitas sistem dalam menghadapi berbagai kondisi cuaca hidrometeorologi.
- Mengintegrasikan sistem dengan platform cloud sehingga data dapat diakses secara lebih luas serta mendukung penerapan konsep smart farming pada sektor peternakan ayam.
11. Download File (File Proteus, Datasheet, dan Library Komponen) [Kembali]
- Datasheet STM 32F103C8T6 [klik disini]
- Datasheet Rain Sensor YL-83 [klik disini]
- Datasheet LCD 16x2 dengan Modul I2C [klik disini]
- Datasheet LED [klik disini]
- Datasheet Buzzer [klik disini]
- Datasheet LM35 [klik disini]
- Datasheet MQ-135 [klik disini]
.png){kind=logo}
Komentar
Posting Komentar