[TUTORIAL - LENGKAP] Membuat Monitor dan Pencatat Suhu Ruangan dengan Visual Studio C# & MS SQL

1. Dasar Teori

LM35 merupakan salah satu dari sekian banyak sensor analog untuk mengukur suhu. Perubahan suhu disekitar sensor menyebabkan terjadinya perubahan nilai tahanan pada sensor, sehingga turut menyebabkan perubahan nilai tegangan output dari sensor. Perubahan nilai tegangan inilah yang dimanfaatkan oleh komponen Analog to Digital Converter (ADC) pada mikrokontroler untuk menyediakan data digital berupa data suhu yang kemudian bisa dibaca oleh mikrokontroler.

Data digital yang telah diterima oleh mikrokontroler dalam hal ini masih berupa sampel data (data mentah) sehingga perlu dilakukan kalibrasi. Kalibrasi dilakukan dengan cara memasukan sampel data tersebut ke sebuah fungsi yang didapat dari hasil perhitungan dengan kondisi suhu pada pengukuran sebenarnya (perbandingan antara hasil terukur dan aktual). Setelah data suhu sebenarnya diketahui, data suhu tersebut dikirim ke komputer menggunakan komunikasi serial untuk ditampilkan pada interface.

Aplikasi interface pada komputer selanjutnya membaca port serial (COM) tempat dimana data suhu tersebut akan dikirim oleh mikrokontroler. Data serial yang telah diterima kemudian ditampilkan pada sebuah grafik sehingga bisa terlihat data suhu pada rentang waktunya, dan dalam interval waktu tertentu fungsi catat akan mencatat data suhu ke database.

2. Alat Dan Bahan

a. Perangkat Keras 

• 1 Arduino Uno R3 x 1 
• 2 Kabel USB A to B x 1 
• 3 Kabel Jumper  x 3 
• 4 Sensor Suhu LM35 x 1 

b. Perangkat Lunak 

• 1 Arduino IDE Ver. 1.0.5 > 
• 2 Microsoft Visual Studio Ver.  2008 >  
• 3 ZedGraph class library Ver.  5.1.5 (Lihat cara setupnya disini)
• 4 Microsoft SQL Server 2008 R2 >

3. Ranah Kerja

Proses pengerjaannya akan dibagi menjadi tiga bagian, yaitu :

1.  Perakitan Perangkat Keras
2.  Pemrograman arduino
3.  Pemrograman Interface & Database

3.1 Perakitan Perangkat Keras

Perangkat keras dirakit berdasarkan gambar berikut :

[[{"fid":"24","view_mode":"default","fields":{"format":"default","field_file_image_alt_text[und][0][value]":"Rangkaian Sensor Suhu LM35 dengan Arduino Menggunakan Breadboard","field_file_image_title_text[und][0][value]":"Rangkaian Sensor Suhu LM35 dengan Arduino Menggunakan Breadboard"},"type":"media","link_text":null,"attributes":{"alt":"Rangkaian Sensor Suhu LM35 dengan Arduino Menggunakan Breadboard","title":"Rangkaian Sensor Suhu LM35 dengan Arduino Menggunakan Breadboard","height":"311","width":"504","class":"media-element file-default"}}]]

3.2 Program Pada Arduino

/** Workshop Dasar Mikrokontroler 2014 
RADE - Robotics AnD Embedded Systems STMIK STIKOM Bali 
**/
//Pin wiper pada sensor LM32 (terminal tengah) tersambung ke Analog //Pin 3
//Yang disamping tersambung ke 5V dan Ground
int analogPin = 3;
 
//Variabel untuk menyimpan data suhu
float suhu;
 
void setup() {
    //Setup serial dengan baud 9600
    Serial.begin(9600);
}
void loop() {
    //Baca pin input 
    suhu = analogRead(analogPin);
    //Lakukan kalibrasi
    suhu = suhu * 0.48828125;
    //Kirim ke komputer melalui serial
    Serial.println(suhu);
    //Delay sebelum melakukan pembacaan selanjutnya
    delay(50);
}

3.3 Program Pada Interface dan Database

Pertama kita akan membuat database untuk menyimpan data suhu. Buka SQL Server Management Studio dan buat query baru dengan mengklik menu New Query. Masukan query berikut dan klik Execute !

/** Buat Database DB_SUHU **/
CREATE DATABASE DB_SUHU
GO
 
/** Gunakan Database DB_SUHU **/
USE DB_SUHU
GO
 
/** Buat Tabel tbl_suhu **/
CREATE TABLE tbl_suhu
(
id int PRIMARY KEY IDENTITY(1,1),
suhu float,
waktu datetime
)
GO
 
/** Seting format waktu ke tanggal-bulan-tahun jam:menit:detik **/
SET DATEFORMAT dmy;
GO

Setelah database terbentuk, dilanjutkan dengan membuat interface pada Visual Studio. Buka Visual Studio IDE, buat proyek baru dengan tipe Visual C# dan pilih Windows > Windows Forms Application. Ketik nama proyek Monitor Suhu kemudian OK.

[[{"fid":"25","view_mode":"default","fields":{"format":"default","field_file_image_alt_text[und][0][value]":"Tab Monitor Suhu","field_file_image_title_text[und][0][value]":"Tab Monitor Suhu"},"type":"media","link_text":null,"attributes":{"alt":"Tab Monitor Suhu","title":"Tab Monitor Suhu","height":"356","width":"588","class":"media-element file-default"}}]]

[[{"fid":"26","view_mode":"default","fields":{"format":"default","field_file_image_alt_text[und][0][value]":"Tab Logger","field_file_image_title_text[und][0][value]":"Tab Logger"},"type":"media","link_text":null,"attributes":{"alt":"Tab Logger","title":"Tab Logger","height":"457","width":"756","class":"media-element file-default"}}]]

Mulai membuat interface dengan mendrag-and-drop masing-masing kontrol ke form. Kemudian untuk kode pada form1 atau form utama gunakan kode berikut :

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.ComponentModel;
using System.Data;
using System.Drawing;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Windows.Forms;
//namespace untuk zedGrpah
using ZedGraph;
//namespace untuk class serial
using System.IO.Ports;
//namespace untuk melihat setting global komputer
using System.Globalization;
//Namespace untuk databse MSSQL
using System.Data.SqlClient;
 
namespace Monitor_Suhu
{
    public partial class Form_utama : Form
    {
        /**Inisialisaisi arduino
         * Setup port serial dengan nama port COM65,
         * dan baud rate sebesar 9600.
         * Baud rate disini dengan di arduino harus sama
         * **/
        SerialPort arduino = new SerialPort("COM65",9600);
 
        /**Inisialisasi databse
         * setup string koneksi 
         * **/
        SqlConnection cs = new SqlConnection("Data Source=localhost;Initial Catalog=DB_SUHU;Integrated Security=True");
        SqlDataAdapter da = new SqlDataAdapter();
 
        //Array list untuk menyimpan data suhu dan waktu
        double[] bufferSuhu = new double[10];
        double[] bufferWaktu = new double[10];
 
        List<double> listSuhu = new List<double>();
        List<double> listWaktu = new List<double>(); 
         
        //waktu mulai dalam milidetik
        double waktuStart = 100;
        //interval simpan ke database (menit)
        int intervalSimpan = 1;
        //pencacah interval
        int counter = 0;
 
        //konstruktor
        public Form_utama()
        {
            InitializeComponent();
        }
 
        //event ketuka tombol start diklik
        private void btn_kontrol_start_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            //start detak untuk mulai mengaktifkan grapher
            try
            {
                //matikan tombol start
                btn_kontrol_start.Enabled = false;
                //nyalakan tombol stop
                btn_kontrol_stop.Enabled = true;
                //set batas waktu pembacaan serial sebelum dinyatakan gagal
                arduino.ReadTimeout = 1000;
                //set batas waktu penulisan serial
                arduino.WriteTimeout = 1000;
 
                //nyalakan detak
                Detak.Enabled = true;
                //mulai detak
                Detak.Start();                      
            }
            catch (Exception gagal)
            {
                //Error handling
                //MessageBox.Show(gagal.ToString());
            }
        }
 
         
        //event ketika detak dimulai
        private void Detak_Tick(object sender, EventArgs e)
        {
            try
            {
                //increment-kan pencacah
                counter++;
 
                //Mulai komunikasi dengan arduino
                arduino.Open();
 
                //get item kurva pertama pada grafik
                LineItem kurvaSuhu = zedGraphSuhu.GraphPane.CurveList[0] as LineItem;
 
                //get PointPairList
                IPointListEdit listSuhu = kurvaSuhu.Points as IPointListEdit;
 
                //waktu yang terlewati
                double waktu = (Environment.TickCount - waktuStart) / 1000.0;
 
                //baca data suhu yang dikirim arduino,
                //konversi data tersebut (string) ke double,
                //dan tambahkan ke listSuhu
                float dataSuhu = float.Parse(arduino.ReadLine(), CultureInfo.InvariantCulture.NumberFormat);
                listSuhu.Add(waktu, Convert.ToDouble(dataSuhu));
 
                //Tutup komunikasi dengan arduino
                arduino.Close();
 
                //Buat scale X tetap rolling dalam interval 30 detik, dengan satu
                //langkah besar antara nilai X maksimal dan akhir dari axis
                Scale xScale = zedGraphSuhu.GraphPane.XAxis.Scale;
                if (waktu > xScale.Max - xScale.MajorStep)
                {
                    xScale.Max = waktu + xScale.MajorStep;
                    xScale.Min = xScale.Max - 30.0;
                }
 
                // Pastikan Y axis di scale ulang untuk mengakomodir data aktual
                zedGraphSuhu.AxisChange();
 
                // Redraw paksa
                zedGraphSuhu.Invalidate();
 
                /** 
                 * Mencatat suhu ke database
                 * **/
 
                //lakukan hanya pada interval yang telah ditentukan
                //intervalSimpan (menit) x 60 x 2, karena 1 detak = 500 milidetik / 1/2 detik
                if(counter == (intervalSimpan*60*2))
                {
                    //Buat query untuk insert catatan
                    da.InsertCommand = new SqlCommand("INSERT INTO tbl_suhu (suhu, waktu) VALUES(@SUHU, @WAKTU)",cs);
                    da.InsertCommand.Parameters.AddWithValue("@SUHU", SqlDbType.Float).Value = dataSuhu;
                    da.InsertCommand.Parameters.AddWithValue("@WAKTU", SqlDbType.DateTime).Value = DateTime.Now;
 
                    //buka koneksi ke database
                    cs.Open();
                    //eksekusi query insert
                    da.InsertCommand.ExecuteNonQuery();
                    //tutup koneksi ke database
                    cs.Close();
 
                    //reset pencacah
                    counter = 0;
                }
            }
            catch (Exception gagal)
            {
                //error handling
                //tutup komunikasi dengan arduino jika masih terhubung
                if (arduino.IsOpen)
                {
                    arduino.Close();
                }
                //MessageBox.Show(gagal.ToString());
            }
 
        }
 
        //event ketika tombol stop diklik
        private void btn_kontrol_stop_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            try
            {
                //nyalakan kembali tombol start
                btn_kontrol_start.Enabled = true;
                //matikan tombol stop
                btn_kontrol_stop.Enabled = false;
                //stop detak
                Detak.Stop();
                //matikan detak
                Detak.Enabled = false;
                //jika komunikasi masih terbuka, tutup komunikasi
                if (arduino.IsOpen)
                {
                    arduino.Close();
                }
            }
            catch (Exception gagal)
            {
                //error handling
                //MessageBox.Show(gagal.ToString());
            }
        }
         
        //event ketika form utama dibuka
        private void Form_utama_Load(object sender, EventArgs e)
        {
            try
            {
                //catat waktu pertama sebagai referensi
                waktuStart = Environment.TickCount;
 
                //Inisialisasi ZedGraph
                GraphPane grafikSuhu = zedGraphSuhu.GraphPane;
                grafikSuhu.Title.Text = "Grafik Suhu";
                grafikSuhu.XAxis.Title.Text = "Waktu (Detik)";
                grafikSuhu.YAxis.Title.Text = "Suhu (Celcius)";
 
                //Simpan 120 point. Pada 500 ms sampel rate.
                //RollingPointPairList adalah class penyimpanan yang efisien 
                //dengan tetap merolling kumpulan point data tanpa perlu
                //men-shift nilai data apapun
                RollingPointPairList listSuhu = new RollingPointPairList(120);
 
                //Inisialisasi kurva
                LineItem kurvaSuhu = grafikSuhu.AddCurve("Suhu", listSuhu, Color.Red, SymbolType.None);
            }
            catch (Exception gagal)
            {
                //error handling
                //MessageBox.Show(gagal.ToString());
            }
        }
 
        //event ketika tombol lihat diklik
        private void btn_lihat_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            try
            {
                //dari tanggal
                DateTime dari = Convert.ToDateTime(dtPicker_dari.Text);
                //hingga tanggal
                DateTime hingga = Convert.ToDateTime(dtPicker_hingga.Text);
 
                //string koneksi untuk mengambil data dari database
                da.SelectCommand = new SqlCommand("SELECT * FROM tbl_suhu WHERE waktu >= @DARI AND waktu <= @HINGGA ORDER BY id ASC", cs);
                da.SelectCommand.Parameters.AddWithValue("@DARI", SqlDbType.DateTime).Value = dari;
                da.SelectCommand.Parameters.AddWithValue("@HINGGA", SqlDbType.DateTime).Value = hingga;
 
                //buka koneksi ke database
                cs.Open();
                //eksekusi query select
                da.SelectCommand.ExecuteNonQuery();
                //tutup koneksi ke database
                cs.Close();
 
                //buat datatable untuk menampung catatan suhu
                DataTable dt_suhu = new DataTable();
                //kosongkan dt_suhu
                dt_suhu.Clear();
                //isi dt_suhu dengan catatan dari database
                da.Fill(dt_suhu);
                //tampilkan pada datagrid
                dataGrid_suhu.DataSource = dt_suhu;
            }
            catch (Exception gagal)
            { 
                //error handling
                //MessageBox.Show(gagal.ToString());
            }
        }
 
    }
}

Lakukan pengujian dengan menghubungkan Arduino ke komputer. Periksa nama port COM yang digunakan oleh Arduino dari Device Manager, kemudian pastikan tidak ada program lain yang menggunakan port tersebut termasuk Arduino IDE agar tidak bentrok. Kemudian cocokan nama port serialnya dengan yang tertulis di program. Run program untuk memulai debugging.

Jika terjadi kesalahan atau program tidak bekerja, uncomment syntax MessageBox pada block catch masing-masing kode untuk mentracing kesalahan yang menyebabkan program tidak bekerja.

[[{"fid":"27","view_mode":"default","fields":{"format":"default","field_file_image_alt_text[und][0][value]":"Debugging tab Monitor","field_file_image_title_text[und][0][value]":"Debugging tab Monitor"},"type":"media","link_text":null,"attributes":{"alt":"Debugging tab Monitor","title":"Debugging tab Monitor","height":"362","width":"588","class":"media-element file-default"}}]]

[[{"fid":"28","view_mode":"default","fields":{"format":"default","field_file_image_alt_text[und][0][value]":"Debugging tab logger","field_file_image_title_text[und][0][value]":"Debugging tab logger"},"type":"media","link_text":null,"attributes":{"alt":"Debugging tab logger","title":"Debugging tab logger","height":"468","width":"755","class":"media-element file-default"}}]]