Membuat Sistem IoT dengan Arduino UNO, ESP-01, ThingSpeak, dan MIT App Inventor

Skema & Diagram Sirkuit

Skema dan Penjelasan Koneksi

Arduino UNO berfungsi sebagai pusat pemrosesan. Sensor terhubung ke pin digital dan analog, ESP-01 menangani komunikasi Wi-Fi, sedangkan modul relay mengendalikan pompa dan lampu.

Koneksi Sensor

• DS18B20 DATA: Arduino D5, dengan resistor pull-up 4.7K Ohm.
• DHT22 DATA: Arduino D11.
• LDR: Keluaran pembagi tegangan menuju Arduino A1.
• YL-69/LM393 AO: Arduino A0.
• VCC dan GND: Hubungkan sesuai spesifikasi tegangan sensor.

Koneksi ESP8266 ESP-01

• ESP-01 RX: Arduino D7 sebagai SoftwareSerial TX.
• ESP-01 TX: Arduino D6 sebagai SoftwareSerial RX.
• ESP-01 CH_PD: 3.3V.
• ESP-01 VCC: 3.3V.
• ESP-01 GND: Arduino GND.
• ESP-01 RESET: Arduino D8.

Gunakan regulator 3.3V yang stabil dan mampu menyediakan arus yang cukup untuk ESP-01. Pastikan level logika pada pin RX ESP-01 tidak melebihi 3.3V.

Koneksi Relay dan Aktuator

• Relay kanal 1: Pin kendali Arduino D10 untuk pompa.
• Relay kanal 2: Pin kendali Arduino D12 untuk lampu.
• Catu daya relay: Eksternal DC 5V sesuai spesifikasi modul.
• LED merah: Indikator pompa dengan resistor 330 Ohm.
• LED hijau: Indikator lampu dengan resistor 330 Ohm.
• Pompa air: Terhubung melalui kontak relay kanal 1.
• Lampu: Terhubung melalui kontak relay kanal 2.

Relay menggunakan Low-Level Trigger, yaitu LOW untuk mengaktifkan dan HIGH untuk menonaktifkan. Perhatikan konfigurasi optocoupler dan catu daya. Pembuat proyek menjelaskan konfigurasi relay dengan pemisahan GND dari Arduino. Ikuti dokumentasi modul yang digunakan dan jangan menghubungkan rangkaian listrik AC 220V tanpa perlindungan, isolasi, dan pengawasan orang dewasa yang kompeten.

Alur Komunikasi

1. Sensor membaca kondisi lingkungan.
2. Arduino UNO mengolah nilai sensor.
3. ESP-01 mengirim data melalui Wi-Fi ke ThingSpeak.
4. Aplikasi Android membaca Status Channel dan menampilkan informasi.
5. Pengguna menekan tombol ON atau OFF.
6. Aplikasi menulis perintah ke Actuator Channel ThingSpeak.
7. Arduino membaca perintah melalui ESP-01.
8. Arduino mengendalikan relay untuk mengaktifkan atau menonaktifkan pompa dan lampu.

Catatan: URL gambar skematik listrik asli tidak dapat diverifikasi dari ekstraksi halaman yang tersedia. Pemetaan pin di atas disusun dari dokumentasi dan kode proyek, bukan pengganti diagram listrik asli.

Kode Program

Kode 1: Pengujian Sensor

#include <OneWire.h>
#include <DallasTemperature.h>
#define ONE_WIRE_BUS 5
OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
DallasTemperature DS18B20(&oneWire);
int soilTemp = 0;

#include "DHT.h"
#include <stdlib.h>
int pinoDHT = 11;
int tipoDHT = DHT22;
DHT dht(pinoDHT, tipoDHT);
int airTemp = 0;
int airHum = 0;

#define ldrPIN 1
int light = 0;
#define soilHumPIN 0
int soilHum = 0;

void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  DS18B20.begin();
  dht.begin();
}

void loop()
{
  readSensors();
  displaySensors();
  delay(10000);
}

void readSensors(void)
{
  airTemp = dht.readTemperature();
  airHum = dht.readHumidity();
  DS18B20.requestTemperatures();
  soilTemp = DS18B20.getTempCByIndex(0);
  soilHum = map(analogRead(soilHumPIN), 1023, 0, 0, 100);
  light = map(analogRead(ldrPIN), 1023, 0, 0, 100);
}

void displaySensors(void)
{
  Serial.print("airTemp (oC): ");
  Serial.println(airTemp);
  Serial.print("airHum (%): ");
  Serial.println(airHum);
  Serial.print("soilTemp (oC): ");
  Serial.println(soilTemp);
  Serial.print("soilHum (%): ");
  Serial.println(soilHum);
  Serial.print("light (%): ");
  Serial.println(light);
  Serial.println("");
}

Kode 2: Pengujian Komunikasi ESP-01

#include <SoftwareSerial.h>
SoftwareSerial esp8266(6, 7);
#define speed8266 9600

void setup()
{
  esp8266.begin(speed8266);
  Serial.begin(speed8266);
  Serial.println("ESP8266 Setup test - use AT commands");
}

void loop()
{
  while (esp8266.available())
  {
    Serial.write(esp8266.read());
  }
  while (Serial.available())
  {
    esp8266.write(Serial.read());
  }
}

Kode 3: Pengiriman Data Sensor ke ThingSpeak

String statusChWriteKey = "YOUR_WRITE_API_KEY";
#include <SoftwareSerial.h>
SoftwareSerial EspSerial(6, 7);
#define HARDWARE_RESET 8

#include <OneWire.h>
#include <DallasTemperature.h>
#define ONE_WIRE_BUS 5
OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
DallasTemperature DS18B20(&oneWire);
int soilTemp = 0;

#include "DHT.h"
#include <stdlib.h>
int pinoDHT = 11;
int tipoDHT = DHT22;
DHT dht(pinoDHT, tipoDHT);
int airTemp = 0;
int airHum = 0;

#define ldrPIN 1
int light = 0;
#define soilHumPIN 0
int soilHum = 0;

long writeTimingSeconds = 17;
long startWriteTiming = 0;
long elapsedWriteTime = 0;
boolean pump = 0;
boolean lamp = 0;
int spare = 0;
boolean error;

void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  pinMode(HARDWARE_RESET, OUTPUT);
  digitalWrite(HARDWARE_RESET, HIGH);
  DS18B20.begin();
  dht.begin();
  EspSerial.begin(9600);
  EspHardwareReset();
  startWriteTiming = millis();
}

void loop()
{
start:
  error = 0;
  elapsedWriteTime = millis() - startWriteTiming;
  if (elapsedWriteTime > (writeTimingSeconds * 1000))
  {
    readSensors();
    writeThingSpeak();
    startWriteTiming = millis();
  }
  if (error == 1)
  {
    Serial.println(" <<<< ERROR >>>>");
    delay(2000);
    goto start;
  }
}

void readSensors(void)
{
  airTemp = dht.readTemperature();
  airHum = dht.readHumidity();
  DS18B20.requestTemperatures();
  soilTemp = DS18B20.getTempCByIndex(0);
  light = map(analogRead(ldrPIN), 1023, 0, 0, 100);
  soilHum = map(analogRead(soilHumPIN), 1023, 0, 0, 100);
}

void writeThingSpeak(void)
{
  startThingSpeakCmd();
  String getStr = "GET /update?api_key=";
  getStr += statusChWriteKey;
  getStr += "&field1=";
  getStr += String(pump);
  getStr += "&field2=";
  getStr += String(lamp);
  getStr += "&field3=";
  getStr += String(airTemp);
  getStr += "&field4=";
  getStr += String(airHum);
  getStr += "&field5=";
  getStr += String(soilTemp);
  getStr += "&field6=";
  getStr += String(soilHum);
  getStr += "&field7=";
  getStr += String(light);
  getStr += "&field8=";
  getStr += String(spare);
  getStr += "\r\n\r\n";
  sendThingSpeakGetCmd(getStr);
}

void EspHardwareReset(void)
{
  digitalWrite(HARDWARE_RESET, LOW);
  delay(500);
  digitalWrite(HARDWARE_RESET, HIGH);
  delay(8000);
}

void startThingSpeakCmd(void)
{
  EspSerial.flush();
  String cmd = "AT+CIPSTART=\"TCP\",\"184.106.153.149\",80";
  EspSerial.println(cmd);
  if (EspSerial.find("Error")) return;
}

String sendThingSpeakGetCmd(String getStr)
{
  String cmd = "AT+CIPSEND=";
  cmd += String(getStr.length());
  EspSerial.println(cmd);
  if (EspSerial.find((char *)">"))
  {
    EspSerial.print(getStr);
    delay(500);
    String messageBody = "";
    while (EspSerial.available())
    {
      String line = EspSerial.readStringUntil('\n');
      if (line.length() == 1)
      {
        messageBody = EspSerial.readStringUntil('\n');
      }
    }
    return messageBody;
  }
  else
  {
    EspSerial.println("AT+CIPCLOSE");
    spare++;
    error = 1;
    return "error";
  }
}

Kode 4: Membaca Perintah Aktuator dari ThingSpeak

String canalID1 = "YOUR_PUMP_CHANNEL_ID";
String canalID2 = "YOUR_LAMP_CHANNEL_ID";
#include <SoftwareSerial.h>
SoftwareSerial EspSerial(6, 7);
#define HARDWARE_RESET 8
long readTimingSeconds = 10;
long startReadTiming = 0;
long elapsedReadTime = 0;
#define ACTUATOR1 10
#define ACTUATOR2 12
boolean pump = 0;
boolean lamp = 0;
int spare = 0;
boolean error;

void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  pinMode(ACTUATOR1, OUTPUT);
  pinMode(ACTUATOR2, OUTPUT);
  pinMode(HARDWARE_RESET, OUTPUT);
  digitalWrite(ACTUATOR1, HIGH);
  digitalWrite(ACTUATOR2, HIGH);
  digitalWrite(HARDWARE_RESET, HIGH);
  EspSerial.begin(9600);
  EspHardwareReset();
  startReadTiming = millis();
}

void loop()
{
start:
  error = 0;
  elapsedReadTime = millis() - startReadTiming;
  if (elapsedReadTime > (readTimingSeconds * 1000))
  {
    int command = readThingSpeak(canalID1);
    if (command != 9) pump = command;
    delay(5000);
    command = readThingSpeak(canalID2);
    if (command != 9) lamp = command;
    takeActions();
    startReadTiming = millis();
  }
  if (error == 1)
  {
    delay(2000);
    goto start;
  }
}

void takeActions(void)
{
  if (pump == 1) digitalWrite(ACTUATOR1, LOW);
  else digitalWrite(ACTUATOR1, HIGH);
  if (lamp == 1) digitalWrite(ACTUATOR2, LOW);
  else digitalWrite(ACTUATOR2, HIGH);
}

int readThingSpeak(String channelID)
{
  startThingSpeakCmd();
  String getStr = "GET /channels/";
  getStr += channelID;
  getStr += "/fields/1/last\r\n";
  String messageDown = sendThingSpeakGetCmd(getStr);
  int command;
  if (messageDown[5] == 49) command = messageDown[7] - 48;
  else command = 9;
  return command;
}

void EspHardwareReset(void)
{
  digitalWrite(HARDWARE_RESET, LOW);
  delay(500);
  digitalWrite(HARDWARE_RESET, HIGH);
  delay(8000);
}

void startThingSpeakCmd(void)
{
  EspSerial.flush();
  String cmd = "AT+CIPSTART=\"TCP\",\"184.106.153.149\",80";
  EspSerial.println(cmd);
  if (EspSerial.find("Error")) return;
}

String sendThingSpeakGetCmd(String getStr)
{
  String cmd = "AT+CIPSEND=";
  cmd += String(getStr.length());
  EspSerial.println(cmd);
  if (EspSerial.find((char *)">"))
  {
    EspSerial.print(getStr);
    delay(500);
    String messageBody = "";
    while (EspSerial.available())
    {
      String line = EspSerial.readStringUntil('\n');
      if (line.length() == 1)
      {
        messageBody = EspSerial.readStringUntil('\n');
      }
    }
    return messageBody;
  }
  else
  {
    EspSerial.println("AT+CIPCLOSE");
    spare++;
    error = 1;
    return "error";
  }
}

Referensi Program Lengkap

Program final terintegrasi dan aplikasi MIT App Inventor tersedia pada repositori pembuat proyek: https://github.com/MJRoBot/ArduFarmBot_Light. File program utama adalah ArduFarmBot_Light_EXT.ino. Versi 1.1 menambahkan koneksi Wi-Fi menggunakan kredensial jaringan. Kode di atas adalah contoh program dari bagian-bagian tutorial, bukan pengganti file final terintegrasi.

Ganti seluruh API Key dan Channel ID contoh dengan milik sendiri. Jangan membagikan API Key pribadi.