Bikin Sendiri Antena Moxon untuk Komunikasi Satelit

Antena Moxon adalah sebuah antena direksional yang berbentuk persegi panjang. Sifat direksional antena Moxon sama dengan antena Yagi. Akan tetapi, karena ujung-ujung dari antena Moxon ini dilipat, maka antena ini lebih kecil dari antena Yagi, sehingga menjadi favorit untuk antena komunikasi portable.

Karena bentuknya yang kecil dan portable, antena Moxon ini lalu dimodifikasi oleh penggiat radio amatir untuk digunakan sebagai antena komunikasi portable melalui satelit LAPAN-A2 (IO-86). Modifikasi ini dilakukan untuk memenuhi persyaratan komunikasi suara melalui Voice Repeater (VR) IO-86:

  • Effisiensi untuk memancar dengan baik di frekuensi uplink Voice Repeater IO-86: 145.880 MHz
  • Cukup sensitif untuk menerima dengan baik di frekuensi downlink Voice Repeater IO-86: 435.880 MHz ± 10 KHz
  • Tetap mudah dibawa-bawah (portable) sehingga bisa digunakan untuk komunikasi penanganan bencana, acara seperti IOTA, JOTA dan pendidikan satelit
  • Mudah dibuat dari bahan-bahan yang bisa ditemukan sehari-hari, dan tidak terlalu mahal

Kedua diagram di bawah ini adalah hasil dari modifikasi antena Moxon untuk memenuhi kebutuhan komunikasi satelit IO-86. Di sebelah kiri adalah versi panjang dari antena Moxon modifikasi, sedangkan di sebelah kanan adalah versi yang lebih pendek untuk menunjang mobilitas yang lebih tinggi.

Modifikasi antena Moxon untuk komunikasi satelit IO-86

Kedua antena hasil modifikasi memang merupakan gabungan antara antena Moxon dan antena Yagi. Oleh karena itu antena ini kadang suka disebut sebagai antena MoxonYagi. Bagian Moxon untuk memancar di 145.880, sedangkan bagian Yagi untuk menerima di 435.880.

Antena yang saya buat adalah ukuran yang lebih kecil. Dalam gambar di atas adalah gambar yang sebelah kanan. Pertimbangan saya adalah supaya antena ini mudah dimasukkan kedalam mobil, dan ringan untuk dipegang dengan tangan tanpa penyangga.

Antena MoxonYagi untuk IO-86 versi pendek

Bahan-bahan yang dibutuhkan kebetulan sudah ada di rumah, sehingga memang sesuai prinsip kalau antena MoxonYagi ini cukup murah. Berikut adalah bahan-bahan yang saya gunakan dan sumbernya:

  1. Kawat untuk antena sepanjang kurang lebih 3 meter. Kawat yang saya gunakan adalah kawat sisa yang ditemukan di gudang, dengan diameter kurang lebih 3 mm. Bisa juga menggunakan tembaga atau alumunium dengan diameter 2mm.
  2. Pipa 1″ sepanjang meter sebagai poros tengah antena. Pipa ini juga bahan sisa pembuatan antena sebelumnya. Kalau tidak punya pipa 1″, bisa juga menggunakan pipa 1/2″ atau pipa untuk kabel listrik. Panjang yang disarankan minimal 80 cm.
  3. Kabel RG58 dengan panjang secukupnya. Ini juga sisa bahan pembuatan antena sebelumnya.
  4. Konektor sesuai perangkat HT yang digunakan. Saya menggunakan konektor BNC, karena ya lagi-lagi yang ada di kotak perkakas cuma konektor BNC. Untuk disambungkan ke HT Baofeng, sayang menggunakan konverter BNC to SMA Female
Material kawat 3mm untuk bahan antenan MoxonYagi

Selain material di atas, dibutuhkan juga peralatan standar untuk memotong kawat, solder dan bor untuk pipa. Berikut ini proses pembuatannya.

Potongan kawat untuk pipa dipotong sesuai dengan ukurang yang dibutuhkan
Kawat nomor 3 dipotong tepat ditengah dan dipasang skun, untuk sambungan kabel feeder.
Pipa dilubangi di sisi kiri dan kanan sehingga elemen MoxonYagi bisa dimasukkan. Elemen di sisi kiri dan kanan berhubungan di dalam pipa, kecuali elemen ketiga, dipasang sesuai dengan gambar kecil di sisi kiri atas
Selanjutnya tinggal menekuk sisi kiri dan kanan elemen panjang sesuai ukurannya. Di sisi kiri dan kanan terdapat celah selebar 14 mm. Untuk memperkokoh celah, letakkan potongan kayu atau bahan non-metal lainnya sepanjang 14 mm, lalu rekatkan dengan solasi. Elemen lainnya juga bisa diperkokoh dengan menggunakan lem/glue gun. Jangan lupa juga kabel BNC diamankan dengan cable ties.

Setelah antena selesai, selanjutnya tinggal menunggu jadwal Voice Repeater dari IO86. Pertama-tama mungkin cukup sulit untuk mengarahkan antena MoxonYagi ini mengikuti arah satelit. Jangan lupa sambil mengarahkan, antena ini juga diputar untuk mendapatkan penerimaan yang paling baik.

Selamat mencoba komunikasi via satelit. See you on IO86

Ganti Final Minirig

Mengganti MOSFET Final Minirig dual band ini sebenarnya sebuah pekerjaan yang cukup rumit. Kerumitan ini pertama karena sesuai namanya, Minirig dual band ini berukuran kecil, sehingga jarak antar komponen cukup rapat. Kedua, karena MOSFET Final Minirig menggunakan MOSFET A5M06 yang berukuran kecil, dipasang dengan teknik SMD.

Namun demikian, penggantian MOSFET Final Minirig bukanlah tidak mungkin. Diperlukan peralatan yang tepat, ketelitian dan kesabaran agar penggantian berhasil. Dari sisi peralatan, selain obeng dan solder, juga diperlukan pinset dan solder uap untuk melepas dan memasang komponen SMD.

MOSFET Final Miniri bisa dicapai dengan membuka casing dari bagian bawah, yang terbuat dari plastik. Casing ini bisa dibuka dengan melepas 4 buah baut. Salah satu baut ini terletak dibawah stiker spesifikasi rig.

Sekrup yang di kiri atas terletak dibawah stiker

Setelah casing bawah dilepas, maka akan terlihat main board dari Minirig. MOSFET Final A5M06 terletak di bagian belakang, di antara kabel catu daya dan colokan antena. Final ini dijepit ke heatsink dengan menggunakan sebuah lempengan besi.

Dibawah heatsink terdapat MOSFET A5M06 yang berfungsi sebagai Final Radio

Karena MOSFET A5M06 Minirig terpasang diatas, sesaat terlihat memungkinkan untuk mengganti MOSFET tanpa kerumitan untuk melepas mainboard. Akan tetapi sangat disarankan untuk melepas main board dari heatsink. Selain untuk mendapatkan tempat yang lebih leluasa, heatsink juga akan menyerap panas solder apabila tidak dilepaskan.

Untuk melepaskan main board dari heatsink, ada beberapa titik solder yang harus dilepas, seperti di gambar di bawah ini. Setelah melepas titik solder, kabel pita yang terhubung dengan LCD juga harus dilepas. Terakhir, ada 9 baut yang juga perlu dilepas, sebelum main board bisa diangkat. Harap diangkat dengan hati-hati, karena ada pengeras suara yang terpasang dibalik main board.

Ada 9 posisi baut, 4 titik solder dan 1 kabel pita yang harus dilepaskan untuk memisahkan main board dari casing. Disarankan unuk membuka baut kipas untuk membuat pekerjaan lebih mudah
Setelah semua titik baut, solder dan kabel pita dilepaskan, main board siap diangkat. Dalam gambar ini saya mencoba tanpa melepaskan kabel kipas. Tapi ternyata cukup sulit untuk memasang final
Di bawah main board terdepat pengeras suara. Dibanding melepaskan solder pengeras suara, saya memilih melepas pengeras suara dari casing rig.
Setelah kabel kipas dan pengeras suara dilepaskan, main board sudah terpisah dengan casing rig. Final siap diganti

Setelah main board bisa dilepaskan dari heat sink, maka waktunya beralih ke solder uap untuk melepaskan MOSFET A5M06. Siapkan juga pinset untuk mengangkat MOSFET lama, dan memasang MOSFET baru. Untuk jelasnya bisa memperhatikan video di bawah ini.

Setelah MOSFET Final yang lama dilepas, MOSFET pengganti siap dipasang

Setelah MOSFET Final A5M06 yang baru sudah terpasang dengan baik, maka ikuti langkah yang sama untuk memasang kembali main board ke dalam heatsink, dan merakit mini rig seperti semula. Minirig pun siap dicoba.

Seluruh pekerjaan untuk pemula seperti saya memakan waktu sekitar 60-90 menit. Sedangkan MOSFET Final A5M06 bisa didapatkan melalui Aliexpress atau Tokopedia/Bukalapak.

Selamat mencoba. 73 de YD0SPU

Ujian Negara Amatir Radio (UNAR) Jakarta 2019

Ujian Negara Amatir Radio (UNAR) 2019 di Jakarta akan kembali diadakan tanggal 30 Juni 2019. Kali ini saya tidak ikut ujian, namun diminta beberapa teman baru di ORARI untuk membantu beberapa calon penggiat radio amatir untuk melakukan pendaftaran UNAR.

UNAR sendiri akan dilaksanakan pada:

  • Hari & Tanggal: Minggu 30 Juni 2019
  • Jam: 07:00 – Selesai
  • Lokasi: Balairung Soesilo Soedarman, Gedung Sapta Pesona, Jakarta Pusat (Lokasi Google Map)

Sebelum pelaksanaan UNAR, ORARI Daerah Jakarta akan melaksanakan Bimbingan UNAR (BUNAR) pada:

  • Hari & Tanggal: Sabtu 22 Juni 2019
  • Jam: 09:00 – 15:00
  • Lokasi: ORARI Daerah Jakarta, Gd. Prasada Sasana Karya Lt. 10, Jalan Suryopranoto No. 8, Jakarta Pusat (Lokasi Google Map)

Lalu bagaimana tahapan pendaftaran UNAR dan BUNAR? Dari diskusi dengan beberapa teman, dan mencari informasi untuk membantu calon peserta ujian, berikut garis besar proses pendaftaran Ujian Negara Amatir Radio (UNAR)

  1. Pendaftaran Ujian: Online via https://iar-ikrap.postel.go.id/. Harap menggunakan situs tersebut melalui komputer/laptop
  2. Syarat pendaftaran: memiliki email yang masih aktif, soft copy foto latar belakang merah dan soft copy KTP
  3. Apabila belum memiliki akun, lakukan pendaftaran akun di situs https://iar-ikrap.postel.go.id/
  4. Setelah melakukan pendaftaran akun, periksa email dari SDPPI untuk aktivasi akun. Klik tautan dalam email untuk aktivasi akun.
  5. Lanjutkan dengan masuk ke situs https://iar-ikrap.postel.go.id/ dengan akun yang sudah diaktifkan di langkah ke-4.
  6. Pilih Pendaftaran UNAR. Masukkan informasi yang dibutuhkan seperti nama, alamat, dan lain-lain. Jangan lupa untuk mengunggah pas foto berlatar belakang merah dan scan KTP.
  7. Tunggu verifikasi dari SDPPI selesai. Setelah itu akan mendapatkan invoice
  8. Biaya ujian 50 ribu dibayar via bank mandiri atau bni setelah mendapatkan invoice. Pembayaran bisa dilakukan melalui internet banking, ATM atau teller.
  9. Unduh kartu peserta ujian dari situs https://iar-ikrap.postel.go.id/ setelah pembayaran selesai. Kartu ini harus dicetak dan dibawa saat ujian.
  10. Apabila ingin mengikuti Bimbingan UNAR (BUNAR), bisa mendaftar langsung dengan menghubungi Ibu Rose di Whatsapp 085880010001 di hari kerja jam 14:00 – 21:00.

Bimbingan UNAR dilaksanakan oleh ORARI Daerah Jakarta (ODJ) untuk membantu peserta agar bisa lulus ujian. Bimbingan ini sifatnya opsional. Jadi boleh saja belajar sendiri dan tidak mengikuti BUNAR. Dan apabila sudah mengikuti BUNAR juga bukan berarti sudah pasti lulus. Kalau waktu ujian isinya asal-asalan, ya gak lulus juga.

Pengalaman saya pribadi, ikut BUNAR sangat membantu untuk lulus Ujian Negara Amatir Radio (UNAR). Dalam bimbingan dibahsa kisi-kisi soal yang sering ditanyakan, dan juga bank soal UNAR. Juga, dalam BUNAR kita dapat kesempatan untuk kenalan dengan sesama peserta ujian maupun anggota ORARI lainnya.

Ikut bimbingan atau tidak, selaamt belajar, dan semoga lulus.

73 de YD0SPU

Bikin Sendiri Flowerpot Antena 2m (VHF)

Antena flowerpot 2 meter VHF pertama kali dipopulerkan oleh John, seorang amatir radio dari Australia dengan callsign VK2ZOI. Antena ini disebut sebagai antena flowerpot, atau pot bunga, karena dengan diletakkan didalam pot bunga dan memasang beberapa tanaman tiruan, antena ini bisa disamarkan sebagai pot bunga. Cukup berguna mungkin bagi yang melakukan operasi rahasia.

Cara kerja antena flowerpot (pot bunga) ini kurang lebih seperti antena vertical dipole 1/2 lambda. Sisi kabel coaxial yang dikupas adalah bagian 1/4 lambda, dan sisi coaxial yang tidak dikupas hingga lilitan choke adalah 1/4 lambda lainnya. Sebuah desain yang sangat cerdik.

Performa dari antena pot bunga (flowerpot) bikinan sendiri ini cukup mengagumkan. Dengan menggunakan HT Baofeng dengan daya 5 watt, pancaran dari lokasi saya bisa sempurna membuka radio pancar ulang (RPU) ORARI Daerah Jakarta. Apabila diukur dengan garis lurus, jarak tersebut menurut Google Map adalah sekitar 18 kilometer.

Jarak Pancar dari Pamulang ke Repeater ORARI Daerah Jakarta

Lalu, sudah cukup yakin untuk membuat antena pot bunga (flowerpot) ini? John VK2ZOI sudah membuat instruksi yang sangat detil, lengkap dengan foto yang cukup baik. Dalam membuat antena flowerpot ini, saya menggunakan pengukuran sesuai dengan yang digunakan oleh VK2ZOI.

Bahan-bahan yang diperlukan adalah sebagai berikut:

  • Kabel coaxial sepanjang 2 meter. Disarankan untuk memilih kabel coaxial yang fleksibel dengan inti serabut untuk mempermudah pembuatan lilitan choke. Untuk antena ini saya menggunakan kabel RG-58
  • Pipa PVC 1″ atau lebih besar, sepanjan 1.5 meter. Disarankan untuk tidak menggunakan pipa PVC dengan ukuran lebih kecil dari 1″ agar lilitan choke tidak merusak kabel coaxial.
  • Tutup pipa PVC (End Cap) 1 buah, sesuai dengan ukuran pipa PVC yang digunakan
  • Sambungan T pipa PVC 1 buah, sesuai dengan ukuran pipa PVC yang digunakan
  • Konektor antena seperti BNC, SO-239 atau N-Connector, disesuaikan dengan pilihan dan selera masing-masing
  • Bahan-bahan dan peralatan lainnya seperti bor, lem pipa PVC, sealant, solder dan timahnya, gergaji, amplas, dan lain-lain.

Instruksi dan ukuran sudah ditulis dengan baik oleh John VK2ZOI dalam tulisannya yang berjudul Half-Wave Flower Pot Antenna. Apabila menggunakan pipa PVC lebih besar dari 1″, John VK2ZOI juga menyediakan kebutuhan lilitan choke.

Yang kurang dari tulisan John VK2ZOI menurut saya adalah pembuatan pipa PVC sebagai pembungkus antena. Untuk itu selanjutnya saya akan membagikan dua buah desain, untuk kebutuhan stasiun tetap dan stasiun tidak tetap.

Antena Pot Bunga (Flowerpot Antenna) di base Station.

Antena Pot Bunga (Flowerpot) Untuk Stasiun
Radio Amatir Tetap

Desain pipa PVC untuk antena pot bunga (flowerpot) biasanya dipasang diatas menara. Untuk itu dibutuhkan penyambungan pipa PVC yang lebih tahan cuaca.

Ukuran dari pipa PVC untuk antena pot bunga (flowerpot) stasiun tetap ada di diagram di bawah ini, diikuti dengan penjelasan dibawah diagram.

Desain PVC untuk antena pot bunga (Flowerpot) stasiun tetap

Penjelasan mengenai diagram diatas adalah sebagai berikut:

  • Panjang total pipa PVC yang dibutuhkan adalah 1.5 meter. Pipa ini dibagi menjadi 2 bagian: 1.2 – 1.3 meter dan 0.2-0.3 meter untuk mengakomodasi sambungan T-connector
  • Guna dari T-connector adalah sebagai jalur keluar kabel antena ke kabel feeder. Modifikasi yang dilakukan adalah dengan memotong bagian samping T-Connector. Pada sisi samping yang telah dipotong akan dipasang konektor antena (SO-239, N-Connector, BNC, dan lain-lain sesuai pilihan.
  • Sambungan antar pipa PVC yang harus di lem adalah sambungan bagian atas dari T-connector. Hal ini diperlukan untuk mencegah air masuk ketika hujan. Gunakan lem PVC. Sambungan yang lain bisa dilem atau tidak.
  • Jangan lupa untuk memberikan sealant tahan cuaca disekitar kabel keluar masuk lilitan choke.

Antena Pot Bunga (Flowerpot) Untuk Stasiun Radio Amatir Tidak Tetap

Stasiun tidak tetap memiliki karakteristik operasional yang berpindah-pindah dari satu tempat ke tempat lain. Oleh karena itu, stasiun tidak tetap membutuhkan antena yang lebih mudah dibongkar dan dipasang, serta cukup kecil sehingga mudah dibawa.

Desain antena pot bunga (flowerpot) untuk stasiun tidak tetap hampir mirip dengan stasiun radio amatir tetap. Bedanya hanya di sisi antena panjang dibagi 2. Penyambungan kedua bagian ini bisa dilakukan ketika membangun stasiun dengan menggunakan sok PVC.

Desain PVC untuk antena pot bunga (Flowerpot) stasiun tidak tetap (portable)

Untuk jenis antena yang lebih mudah dibawa, sebaiknya bagian antar pipa PVC tidak di lem kecuali bagian T-connector dan pipa bagian bawah.

Modifikasi T-connector

Bagian terakhir dari pembuatan antena pot bunga (flowerpot) adalah bagian T-connector. Bagian ini berfungsi sebagai tempat menyambungkan kabel feeder dari rig dengan antena.

Modifikasi T-connector PVC dilakukan dengan memotong bagian tengah dari konektor PVC. Bagian tengah ini akan menjadi tempat keluarnya kabel dari antena, dan bisa dipasangkan konektor. Foto dibawah ini menunjukkan T-connector yang sudah dipotong, dan kabel dari antena yang sudah dipasang konektor SO-239.

Konektor antena

Konektor antena ini nantinya bisa direkatkan pada lubang T-connector dengan menggunakan sealant.

Selamat mencoba. 73 de YD0SPU

Isi Ulang Batere LiIon 18650 Dengan Panel Surya

Salah satu catu daya yang ideal untuk IoT adalah menggunakan panel surya dan batere yang bisa diisi ulang. Panel surya digunakan sebagai catu daya untuk perangkat IoT dan mengisi batere di siang hari. Ketika matahari sudah terbenam di malam hari, batere akan menjadi catu daya untuk perangkat IoT.

Untuk perangkat IoT yang kecil, seperti stasiun cuaca berbasis NodeMCU, batere isi ulang 18650 cocok untuk digunakan sebagai catu daya. Hal ini sudah saya ulas di tulisan sebelumnya. Batere 18650 ini bisa diisi ulang dengan menggunakan panel surya, sehingga tidak perlu diisi ulang dengan catu daya PLN. Dan kebetulan, kontroller TP4056 juga bisa digunakan untuk mengisi batere 18650 dengan panel surya.

Panel surya yang digunakan sebaiknya menggunakan tegangan 5V, menyesuaikan dengan tegangan masuk board TP4056. Untuk daya panel surya yang dibutuhkan sangat tergantung pada beban. Untuk Stasiun Cuaca dengan NodeMCU saya menggunakan 2 buah panel surya, masing-masing memiliki daya 1 watt. Total daya yang saya dapatkan adalah 2 watt.

Namun, perlu diingat bahwa daya 2 watt ini hanya akan saya dapatkan dalam situasi sinar matahari yang sangat terik. Perkiraan saya bahwa dalam keadaan mendung, di pagi maupun sore hari, saya bisa mendapatkan sekitar 1 watt dari kedua panel surya. Artinya, arus maksimum yang saya dapatkan adalah 200 mA. Arus ini tentu dibawah konfigurasi board TP4056 dari pabrik. Oleh karena itu TP4056 ini perlu dirubah dengan mengganti R3, sesuai tulisan saya sebelumnya.

Setelah modifikasi TP4056 selesai, maka tinggal menyambungkan kedua panel surya secara paralel ke Vin dari TP4056. Mungkin bisa juga sih menggunakan colokan MicroUSB, tapi kok lebih praktis kalau disambung secara langsung. Diagram sambungan panel surya, TP4056 dan batere 18650 bisa dilihat di diagram dibawah ini.

Setelah panel surya selesai disambungkan, keseluruhan rangkaian diletakkan di luar, di bawah sinar matahari sore. Ketika panel surya diarahkan pada sinar matahari langsung, lampu merah di TP4056 langsung menyala, tanda pengisian sedang berlangsung. Dengan mengatur R3 maka arus pengisian bisa diatur di sekitar 150 – 200 mA, cukup untuk IoT Stasiun Cuaca dengan NodeMCU.

Modifikasi TP4056 Untuk Batere 18650

TP4056 adalah sebuah IC untuk mengatur pengisian batere jenis 18650. Chip ini, dan varian yang serupa, TC4056, bisa dibeli dalam bentuk board siap pakai, lengkap dengan colokan micro USB sehingga bisa digunakan dengan charger telepon genggam, atau bahkan dengan laptop.

Papan Sirkuit TP4056/TC4056

Chip TP4056 melakukan pengaturan pengisian batere 18650 dengan menjaga tegangan dan arus pengisian. Besarnya arus pengisian dari TP4056 bisa diatur dengan mengubah besarnya tahanan R3. Dari datasheet TP4056, besarnya arus pengisian (Ibat) diatur oleh R3 dengan formula:

Ibat = 1200 / R3

Board TP4056 yang kebanyakan dijual biasanya memiliki R3 sebesar 1200 ohm. Berdasarkan formula di atas, TP4056 akan melakukan pengisian dengan arus sebesar 1 ampere.

Ada kalanya dalam proyek elektronika kita memutuhkan arus pengisian yang lebih kecil, baik karena kita menggunakan kapasitas batere yang lebih kecil, atau menggunakan sumber daya yang kecil (misalnya panel surya). Untuk itu kita bisa mengganti R3 untuk mendapatkan arus pengisian yang kita inginkan. Apabila target arus pengisian masih belum diketahui dengan pasti, maka R3 ini bisa juga diganti dengan tahanan variabel, atau juga dikenal dengan trimpot.

Modifikasi R3 dari TP4056, Menggunakan Trimpot 10kOhm

Untuk melepaskan R3, cukup tempelkan solder panas ke salah satu kaki R3, sambil didorong dengan mata solder. Setelah 1 kaki terlepas, mata solder bisa ditempelkan ke kaki yang lainnya, hingga R3 terlepas.

Tantangan terbesar adalah menghubungkan trimpot pada lokasi bekas R3. Dalam percobaan ini saya menggunakan kabel tunggal bekas. Cara memasang kabel ke terminal R3 yang paling mudah adalah dengan memberikan sedikit timah pada kabel, melumerkan sisa timah di terminal R3, dan menempelkan kabel yang sudah diberi timah ke terminal. Timah yang sedang meleleh pada kabel dan terminal R3 akan segera menyatu.

Menggunakan TP4056 Modifikasi, Dengan Arus 500 mA

TP4056 hasil modifikasi lalu dihubungkan dengan Volt/Amperemeter, dan dicoba untuk mengisi batere 18650. Dengan memutar trimpot R3, arus pengisian yang terlihat di amperemeter pun berubah. Dalam gambar diatas, trimpot R3 diputar sehingga didapatkan arus pengisian sebesar 0.51 A.

Selamat mencoba.

Catu Daya 3.3V NodeMCU Dengan Batere Li-Ion 18650

Cara yang paling mudah untuk menyediakan listrik untuk NodeMCU adalah menggunakan catu daya PLN, dengan menggunakan micro USB. Cukup dengan menggunakan charger telepon genggam, colok ke listrik, dan colok micro USB ke NodeMCU, dan NodeMCU pun sudah bisa bekerja dengan baik.

Akan tetapi, catu daya listrik dari PLN ini kurang cocok untuk NodeMCU yang akan digunakan sebagai IoT, yang pada umumnya tidak memiliki akses ke catu daya PLN. Untuk itu, catu daya dengan batere merupakan pilihan yang paling masuk akal. Permasalahannya sekarang, batere seperti apa yang cocok untuk NodeMCU yang tidak terhubung dengan akses catu daya PLN, atau tidak harus sering-sering diganti?

Batere Li-Ion (atau Li-Po) seri 18650 sepertinya menjadi pilihan yang cukup baik. Tegangan batere ini yang tertulis adalah 3.7 volt, cukup mendekati tegangan 3.3v yang dibutuhkan oleh NodeMCU ESP8266. Batere ini juga memiliki kapasitas besar, sehingga tidak perlu sering-sering diganti atau di charge. Dan kelebihan dari batere 18650 adalah bisa di isi ulang dengan menggunakan panel surya, tentunya dengan menggunakan sirkuit tertentu untuk mengatur pengisian ulang.

Tulisan ini berisi catatan menggunakan batere 18650 sebagai catu daya untuk NodeMCU sebagai stasiun cuaca.

Kontroler TP40560

Pengaturan pengisian batere dan daya yang disalurkan ke NodeMCU dilakukan oleh chip TP4056. Chip ini bisa dibeli dalam keadaan terpasang dalam board kecil, sesuai dengan gambar dibawah ini.

Ada 2 jenis board TP4056, tanpa terminal beban terpisah, dan dengan terminal beban terpisah dari batere. Board TP4056 dengan terminal beban terpisah seperti gambar diatas memiliki chip DW01 yang berfungsi untuk melindungi batere dengan memutuskan beban apabila batere 18650 hampir habis. Dengan harga yang lebih mahal sedikit, saran saya untuk memilih TP4056 dengan proteksi batere, dengan terminal terpisah untuk batere dan beban.

Dalam foto diatas, board TP4056 yang saya dapatkan, IC yang digunakan adalah TC4056, bukan TP4056. Ada yang menyebutkan kalau chip TC4056 adalah tiruan dari TP4056. Sejauh ini saya tidak menemukan perbedaan yang berarti.

Regulator Tegangan 3.3v Menggunakan XC6206P332MR

Percobaan pertama dengan menyambungkan keluaran dari board TP4056 ke Vin dan GND dari NodeMCU tidak berhasil. Pengukuran menunjukkan bahwa tegangan Vin-GND adalah 4.02 volt, sesuai dengan tengangan batere 18650 yang terisi penuh. Akan tetapi pengukuran di pin 3V-GND NodeMCU menunjukkan tegangan sebesar 2.5-2.8 volt.

Usut punya usut, ternyata hal ini disebabkan oleh regulator tegangan AMS1117 yang digunakan oleh NodeMCU. Regulator ini membutuhkan tegangan masuk minimal 4.7 volt untuk bisa mengeluarkan tegangan 3.3 volt. Batere 18650 memiliki tegangan maksimal sebesar 4.2 volt dalam keadaan penuh. Dari sini, sudah jelas bahwa diperlukan cara lain.

Ada 3 cara yang bisa digunakan untuk mendapatkan tegangan 3.3 volt dari batere 18650:

  1. Menggunakan DC Boost Converter untuk menaikkan keluaran batere 18650 menjadi 5 volt, lalu menghubungkan tegangan 5 volt pada Vin dari NodeMCU. Cara ini agak boros dari sisi penggunaan daya, karena ada 2 kali konversi tegangan oleh DC Boost Converter menjadi 5 volt, dan AMS1117 pada board NodeMCU dari 5 volt menjadi 3.3 volt.
  2. Mengganti chip AMS1117 pada board NodeMCU dengan regulator tegangan yang bisa menghasilkan tegangan 3.3 volt dari 3.7 volt tegangan 18650. Regulator ini biasa disebut Lod Drop Out (LDO) regulator. Cara ini adalah paling baik, tapi perlu dilakukan dengan teliti dan bisa merusak board NodeMCU. Masalah yang lebih besar adalah menemukan pengganti AMS1117, dengan pin dan ukuran yang sesuai
  3. Cara ketiga dan yang saya pilih adalah dengan memasang chip pengganti AMS1117 di board berbeda. Board ini akan menjadi sebuah jajaran pin untuk sumber daya 3.3 volt untuk sensor.

Chip regulator yang saya pilih adalah XC6206P332MR. Chip ini hanya membutuhkan tegangan sekitar 3.6v untuk menghasilkan tegangan 3.3 volt. Kemasan yang tersedia di toko online adalah dalam kemasan SOT-23, dengan 3 kaki. Kemasan ini ternyata cukup kecil, tapi masih bisa dipasang di PCB dengan solder biasa. Kebetulan jarak antara 2 kaki cukup sesuai dengan jarak 2 lubang kaki di PCB. Dalam gambar dibawah ini, chip XC6206 adalah kotak hitam ditengah.

Keluaran dari XC6206 ini bisa langsung disambungkan dengan salah satu pin 3.3 volt dari NodeMCU, bukan pada pin Vin.

Kombinasi antara TP4056 dan XC6206 ini telah berjalan selama 2 hari. Dengan batere 18650 yang penuh sejauh ini NodeMCU masih bekerja dengan baik. Berikut ini diagram TP4056 – Batere 18650 – XC6206 dan NodeMCU

Stasiun Cuaca dengan NodeMCU: DHT22, WiFi dan ThingSpeak

Setelah membahas target akhir dari Stasiun Cuaca Mandiri dengan NodeMCU di artikel sebelumnya, tahap awal pembuatan stasiun cuaca dimulai dengan hal yang paling dasar, yaitu membaca data lingkungan dan mengirimkannya ke internet. Untuk tahap awal ini cukup dilakukan dengan sebuah sensor, yaitu DHT22.

Merakit NodeMCU dengan Sensor DHT22

Sebagai sensor lingkungan pertama, dipilih sensor DHT22. Sensor ini memiliki kemampuan untuk membaca suhu dan kelembaban. Sensor DHT22 dijual dalam 2 bentuk: kemasan plastik dengan 4 kaki atau kemasan plastik diatas PCB kecil dengan 3 kaki. Pastikan untuk memilih kemasan di atas PCB kecil dengan 3 kaki sehingga tidak dibutuhkan pull-up resistor terpisah.

Ketiga kaki sensor DHT22 memiliki fungsi sebagai berikut: Vcc, DATA dan GND. Nama dari kaki sensor DHT22 ini sudah cukup mudah dimengerti. Untuk komunikasi dengan NodeMCU, maka kaki dari DHT22 dihubungkan dengan pin NodeMCU sebagai berikut:

  1. DHT22-Vcc –> NodeMCU 3V
  2. DHT22-GND –> NodeMCU GND
  3. DHT22-Data –> NodeMCU D3 (GPIO 0)

Setelah perakitan NodeMCU dan sensor DHT22 selesai, kita masuk kedalam pemrograman. Saya memilih untuk menggunakan Arduino IDE karena banyaknya library untuk berbagai sensor, dan juga contoh yang mudah dicari. Arduino IDE bisa diunduh di tautan ini.

Membaca Sensor DHT22

Untuk membaca sensor DHT22, silahkan gunakan program di bawah ini. Program ini akan membaca suhu, kelembaban, dan menghitung index suhu dari hasil pengukuran. Hasil dari pembacaan dan perhitungan akan ditampilkan melalui port Serial. Dari Arduino IDE, data yang dikirim dari NodeMCU melalui port serial bisa dibaca melalui menu Tools --> Serial Monitor.

Beberapa komentar dalam program dibawah ini akan membantu untuk memahami struktur dari program tersebut.

Setelah di upload ke NodeMCU, hasil pembacaan DHT22 bisa dilihat di Serial Monitor seperti di bawah ini:

Menghubungkan dengan WiFi

Setelah bisa membaca sensor, untuk mengirimkan data ke server IoT dibutuhkan koneksi internet. NodeMCU dilengkapi dengan built-in WiFi untuk bisa terkoneksi dengan internet. Untuk menggunakan koneksi WiFi, kita akan memanfaatkan library WiFi Arduino yang sudah ada, dengan menambahkan kode dibawah ini kedalam kode pembacaan DHT22:

Ada 2 hal yang harus dilakukan sebelum kode diatas bisa digunakan:

  • SSID dan Password untuk WiFi harus diubah sesuai dengan nama dan password WiFi yang akan digunakan
  • Kode diatas menggunakan fungsi startWiFi, yang didefinisikan dalam tautan file startWiFi.ino. File ini harus diletakkan dalam folder yang sama dengan folder kode utama NodeMCU.

Apabila koneksi ke WiFi berhasil, maka dari serial monitor akan terlihat nama WiFi dan IP address yang didapatkan seperti gambar di bawah ini

Mengirimkan Hasil Pengukuran ke ThingSpeak

Setelah berhasil membaca sensor dan terhubung dengan internet, sekarang waktunya untuk menambahkan baris kode untuk mengirimkan hasil pembacaan ke internet. Data IoT seperti hasil pembacaan suhu dan kelembaban ini dikirimkan ke server IoT untuk diproses lebih lanjut. Untuk saat ini saya mencoba mengirimkan data ke ThingSpeak. Untuk itu, diperlukan account di server ThingSpeak.

Ada 2 hal yang perlu didapatkan dari ThingSpeak setelah membuat account. Yang pertama adalah API Key sebagai penanda bahwa kita adalah pemilik data tersebut, dan Channel ID. Channel ID ini bisa didapatkan dengan membuat Channel, yang berisi kumpulan data yang relevan untuk analisis.

Sebelum baris kode diatas dipasang di NodeMCU, ada beberapa hal yang harus dirubah terlebih dahulu:

  • Sama seperti tahap sebelumnya, baris-baris yang berisi WiFi ID dan passcode harus diupdate
  • Baris-baris konfigurasi untuk ThingSpeak juga perlu disesuaikan dengan akun ThingSpeak masing-masing
  • Kode untuk fungsi sendThingSpeak berada di berkas sendThingSpeak.ino di tautan ini. Berkas ini harus diletakkan di folder yang sama dengan folder kode utama NodeMCU

Hasil pengiriman bisa dilihat di Serial Monitor. Apabila pengiriman data ke ThingSpeak berhasil, maka hasil pengukuran DHT22 juga bisa dilihat di ThingSpeak, seperti dalam tautan stasiun cuaca YD0SPU-13 ini.

Memasuki Mode Deep Sleep

Langkah terakhir dari stasiun cuaca ini adalah memasuki mode deep sleep. Data pada stasiun cuaca biasanya dikirimkan dalam interval tertentu. Dalam FAQ dari Citizen Weather Observation Program (CWOP), rekomendasi pengiriman data cuaca adalah setiap 5 menit atau lebih jarang. Karena akan dipasang dengan sumber daya batere, maka selama interval pengukuran NodeMCU akan berada dalam Mode Deep Sleep, yaitu mode yang memiliki konsumsi daya paling kecil

Kode untuk memasuki Mode Deep Sleep kita tambahkan setelah pengiriman data ke ThingSpeak. Kita juga menambahkan konstanta baru yang akan menentukan seberapa lama NodeMCU akan berada dalam Mode Deep Sleep.

Hasil perubahan kode dengan menambahkan Mode Deep Sleep bisa dilihat dari Serial Monitor.

Sampai saat ini NodeMCU masih belum terbangun secara otomatis setelah periode Deep Sleep berakhir. untuk itu ada 1 langkah terakhir yang perlu dilakukan.

Saat ini NodeMCU sudah bisa dilepas dari komputer, dan bisa dihubungkan dengan catu data DC 5V melalui micro USB, misalnya dengan charger telepon genggam. Setelah dilepas dari komputer, pin D0 dari NodeMCU harus dihubungkan dengan pin RST. Koneksi antara pin D0 dan pin RST ini yang akan membangunkan NodeMCU ketika interval Deep Sleep telah berakhir.

Dan ketika akan melalukan konfigurasi lagi pada NodeMCU, jangan lupa koneksi pin D0 dan pin RST ini dilepas, sebelum NodeMCU dihubungkan dengan komputer.

Selamat mencoba. Apabila ada pertanyaan atau masukan, silahkan tinggalkan pesan atau komentar di bawah ini.

Bikin Sendiri Stasiun Cuaca Mandiri dengan NodeMCU

Pernalh lihat laporan cuaca di televisi atau di internet? Laporan cuaca ini sebenarnya dibuat dari gabungan beberapa sensor, ditambahkan dengan analisa dan prediksi yang dibuat berdasarkan data tersebut. Untuk analisa dan prediksi mungkin memerlukan ilmu pengetahuan tentang cuaca dan pengalaman. Tetapi, untuk membuat stasiun cuaca yang hanya mengumpulkan data hanya membutuhkan pengetahuan elektronika dan komputer.

Di Amerika banyak warga yang membuat stasiun cuaca sendiri, yang tergabung dalam program Citizen Weather Observation Program (CWOP). Data dari CWOP ini digunakan oleh NOAA (Badan cuaca Amerika) untuk penelitian, analisa dan prediksi cuaca. Alangkah baiknya juga apabila CWOP ini bisa di adopsi di Indonesia, dan datanya juga dimanfaatkan oleh BMKG.

Somebody has to start, right? Oleh karena itu saya memulai stasiun cuaca kerakyatan ini dengan membuat stasiun cuaca sendiri di rumah.

Kontroler: Antara Raspberry Pi, Arduino dan NodeMCU

Untuk project stasiun cuaca ini awalnya saya mempertimbangkan antara Raspberry Pi, Arduino dan NodeMCU.Raspberry Pi memiliki keuntungan karena berjalan dengan sistem operasi Linux. Sistem operasi Linux menyediakan level networking yang baik, dan pilihan bahasa pemrograman untuk memproses data sensor. Akan tetapi sistem operasi Linux membutuhkan daya listrik yang cukup besar, sehingga membutuhkan batere yang besar pula apabila dijalankan dengan panel surya.

Arduino dan NodeMCU memiliki kebutuhan daya yang lebih kecil. Kedua modul ini juga sudah memiliki regulator yang bisa menerima tegangan lebih besar dari 5v, sehingga bisa dihubungkan langsung batere. Arduino menggunakan mikrokontroler ATmega sedangkan NodeMCU menggunakan kontroler ESP8266. Apabila keduanya dibandingkan, ESP8266 memiliki keuntungan dengan ketersediaan WiFi dan konsumsi daya yang lebih rendah dengan kemampuan deep sleep. Sementara Arduino masih membutuhkan WiFi shield tambahan.

Sedikit catatan tentang konsumsi listrik. Stasiun cuaca ini akan memberikan pengukuran setiap 5-15 menit sekali. Di antara pengukuran, stasiun cuaca akan memasukin sleep mode untuk mengurangi penggunaan listrik, terutama apabila menggunakan panel surya. Arduino memang memiliki sleep mode. Tetapi, pengkabelan dan pemrograman sleep mode di Arduino lebih rumit, dibandingkan NodeMCU. Untuk NodeMCU, deep sleep hanya membutuhkan kabel dari pin D0 ke RST, dan dalam pemrograman cukup memanggil fungsin ESP.deepSleep.

Sensor Pengukuran Stasiun Cuaca

Selanjutnya, sampai stasiun cuaca bisa mengukur data-data cuaca, seperti suhu, kelembaban, tekanan udara, dan lain-lain, dibutuhkan beberapa sensor. Pemasangan sensor ini dilakukan secara beberapa tahap supaya kalau ada kendala bisa dengan mudah diperbaiki. Berikut daftar pengukuran, sensor dan tahapan pemasangan yang direncanakan:

  1. Suhu dan Kelembaban: DHT22. Sebaiknya menggunakan paketan sensor DHT22 yang sudah menempel di PCB dengan 3 kaki untuk menghindari kebutuhan komponen tambahan
  2. Tekanan udara: BMP280. Terdapan 2 jenis BMP280, dengan 4 kaki atau dengan 6 kaki. Sensor BMP280 dan DHT22 bisa digabung dengan menggunakan sensor BME280 denga harga yang lebih mahal.
  3. Arah dan kecepatan angin. Sensor ini sebenarnya terdiri dari 2 bagian, untuk mengukur kecepatan angin dan arah angin.
  4. Jumlah hujan. Saat ini saya masih mencari sensor yang tepat untuk mengukur jumlah hujan.

Catu Daya Stasiun Cuaca Mandiri

Setelah menentukan mikrokontroler dan sensor, untuk menjalankan stasiun cuaca dibutuhkan catu daya listrik. ESP8266 bekerja di tegangan 3.3v. Di dalam board NodeMCU v3 yang saya gunakan terdapat konektor micro USB dan DC converter sehingga tegangan 5v dari micro USB bisa digunakan untuk sumber daya ESP8266. Hal ini mempermudah sumber catu daya NodeMCU, dengan menggunakan charger telepon genggam dengan konektor micro USB.

Akan tetapi, tujuan akhir dalam stasiun cuaca ini adalah untuk memiliki catu daya sendiri. Meskipun dalam tahap pertama sumber catu daya yang digunakan masih berasal dari PLN, pada tahap akhir saya akan menggunakan panel surya dan batere rechargeable sebagai sumber catu daya. Untuk itu komponen yang sedang direncanakan:

  1. Panel surya dengan tegangan antara 5-6v, dan arus maksimum sekitar 400mA. Artinya saya membutuhkan panel surya sekitar 2.4 watt.
  2. Batere rechargeable. Pilihan sementara jatuh pada batere Lithium Ion (LiIon) atau yang lebih mahal Lithium Polymer (LiPo). Kedua batere ini memiliki tegangan keluaran 3.7v yang masih bisa diterima oleh NodeMCU. Kapasitas batere sendiri tidak terlalu penting, karena saya akan memanfaatkan kemampuan deep sleep NodeMCU yang hanya mengkonsumsi listrik sangat sedikit diantara pengukuran
  3. Solar Charge Controller. Komponen ini berfungsi untuk mengatur pengisian batere rechargeable dari panel surya, dan memindahkan sumber daya dari panel surya ke batere di malam hari. Beberapa pilihan adalah WEMOS Lithium Charge Controller atau kontroller berbasis TP4056. Kontroler WEMOS memiliki kelebihan karena bisa dihubungkan ke NodeMCU untuk memberikan pembacaan tegangan batere, tapi memiliki harga yang lebih mahal.

[Update 23 Desember 2018] Stasiun cuaca saat ini sudah menggunakan batere 18650 sebagai sumber daya pada poin 2, dan TP4056 sebagai charge controller pada poin 3. Detail penggunaan batere 18650 dan TP4056 bisa dilihat di tulisan ini.

Komunikasi Stasiun Cuaca Mandiri: Internet & Radio Amatir

Stasiun cuaca akan jauh lebih berguna apabila hasil pengukurannya bisa dikirimkan ke internet. Untuk menghubungkan stasiun cuaca dengan internet, saya memanfaatkan kemampuan WiFi dari NodeMCU untuk menghubungkan stasiun cuaca dengan WiFi di rumah, dan lalu ke internet. Sebagai protokol komunikasi, pilihan jatuh kepada format Automatic Packet Reporting System (APRS). Alasannya supaya data yang dihasilkan bisa terbaca oleh situs CWOP, sehingga saya tidak perlu membuat program web khusus untuk menampilkan hasil pengukuran.

Penggunaan komunikasi APRS ini juga membuka kemungkinan untuk mengirimkan hasil pengukuran melalui stasiun radio amatir. Hal ini akan membuat stasiun cuaca yang benar-benar mandiri.

Salah satu pilihan komunikasi yang cukup menarik adalah dengan menggunakan jaringan telepon seluler GSM. Ada beberapa modul yang tersedia untuk Arduino yang juga bisa digunakan oleh NodeMCU. Akan tetapi pilihan ini cukup mahal oleh karena biaya berlangganan paket data dari operator seluler. Kendala lainnya adalah daya yang dibutuhkan oleh modem GSM, sehingga membutuhkan panel surya dan batere yang lebih banyak.

Kotak Pelindung: Stevenson Screen

Terakhir, untuk melengkapi sebuah stasiun cuaca, dibutuhkan kotak untuk melindungi komponen-komponen dari cuaca itu sendiri. Standar dunia untuk stasiun cuaca adalah menggunakan Stevenson Screen, sebuah kotak dengan beberapa lubang sehingga angin bisa berhembus dengan bebas. Banyak instruksi untuk bikin sendiri Stevenson Screen.

Demikian ringkasan dari rencana stasiun cuaca dengan NodeMCU. Untuk memulai pembuatan stasiun cuaca mandiri dengan NodeMCU, silahkan melihat artikel berikutnya.

Cover Photo by John Westrock on Unsplash