BAB 2 LANDASAN TEORI
Dalam Bab ini penulis akan membahas tentang program yang digunakan untuk mengendalikan sistem pada mikrokontroler untuk menggerakkan seluruh komponen yang digunakan pada alat tersebut.Mikrokontroller merupakan alat pengolahan data digital dan analog (fitur ADC padaseri AVR) dalam level tegangan maksimum 5V. Keunggulan mikrokontroller dibanding microprocessor yaitu lebih murah dan didukung dengan software compileryang sangat beragam seperti software compailer C/C++, basic, pascal, bahkan assembler. Sehingga penggunaan dapat memilih program yang sesuai dengan kemampuannya. Dalam hal penggunaan, mikrokontroller dapat dibedakan jenis dan tipenya, seperti mikrokontroller atmega 8, atmega 8535, atmega 16 dan lain-lain.
2.1.Bahasa Pemograman BASCOM-AVR Bahasa BASCOM-AVR menggunakan bahasa pemograman BASIC. Bahasa BASIC adalah bahasa pemograman yang dapat dikatakan bahasa pemograman berlevel tinggi. Bahasa pemograman berlevel rendah berarti bahasa pemograman yang berorientasi pada mesin, misalnya bahasa assembly. Sedangkan bahasa pemograman berlevel tinggi merupakan bahasa pemograman yan berorientasi pada manusia. Bahasa pemograman berlevel rendah merupakan bahasa pemograman dengan sandi yang hanya dimengerti oleh mesin, sehingga untuk memprogram dalam bahasa ini diperlukan tingkat kecermatan yang tinggi. Bahasa
5
pemograman berlevel tinggi relatif mudah digunakan, karena ditulis dengan bahasa manusia yang lebih mudah dimengerti dan tidak tergantung pada mesin. Penulisan program dalam bahasa BASCOM-AVR ini tidak mengenal aturan penulisan dikolam tertentu. Jadi bisa dimulai dari kolom manapun. Namun demikian, untuk mempermudah dalam pembacaan program dan untuk keperluan dokumentasi, sebaiknya penulisan program dalam bahasa BASCOM-AVR ini diatur sedemikian rupa sehingga mudah dibaca.
2.2. Mikrokontroler ATMega8 Mikrokontroller merupakan alat pengolahan data digital dan analog (fitur ADC pada seri AVR) dalam level tegangan maksimum 5V. Keunggulan mikrokontroller dibanding microprocessor yaitu lebih murah dan didukung dengan software compiler yang sangat beragam seperti software compailer C/C++, basic, pascal, bahkan assembler. Sehingga penggunaan dapat memilih program yang sesuai dengan
kemampuannya.
Dalam hal penggunaan,
mikrokontroller dapat dibedakan jenis dan tipenya, seperti mikrokontroller atmega 8, atmega 8535, atmega 16 dan lain-lain. ATMEGA 8 adalah mikrokontroler CMOS 8-bit daya rendah berbasis arsitektur RISC yang ditingkatkan. Kebanyakan instruksi dikerjakan pada satu siklus clock, ATMEGA 8 mempunyai throughput mendekati 1 MPS per MHz membuat disain dari sistem untuk mengoptimasi konsumsi daya versus kecepatan proses.Susunan pin – pin dari IC mikrokontroler ATMEGA 8 diperlihatkan pada gambar dibawah ini. IC ini tersusun dari 28 pin yang memiliki beberapa fungsi tertentu.
6
2.2.1. Arsitektur mikrokontroller ATMega 8
Gambar 2.1.Arsitektur ATMega8 Mikrokontroller
AVR
merupakan
keluarga
mikrokontroller
RISC
(Reduced Instruction Set Computing) keluaran Atmel. Konsep arsitektur AVR pada mulanya dibuat oleh dua orang mahasiswa di Norwgian institute of Technology ( NTH ) yaitu Alf-Egil Bogen dan Vegard Wollan. Penggunaan
7
mikrokontroller ATMega8 ada dua pilihan ,dengan menggunakan board ATMega8 develompment board yang sudah ada diparaan atau dengan membuat rangkaian sendiri. Jika menggunakan rangkaian mikrokonter yang sudah tersedia dipasaran maka akan memepersingkat waktu pembuatan sistem, karena hanya tinggal membeli rangkaian berupa kit dan hanya tinggal menggunakannya. Chip yang dijelaskan di sini menggunakan kemasan PDIP, untuk kemasan yang lain ( TQPF, QFN / MLF ) tidak jauh berbeda. Untuk lebih jelasnya silahkan merujuk ke data sheet. Nama nama pin di atas usahakan lebih sering dikenal, hal ini berguna untuk penggunaan pheripheral internal.
2.2.2. Fitur ATMega8 Berikut ini adalah fitur-fitur yang dimiliki oleh ATMega8 : A. Saluran I/O sebanyak 23 buah terbagi menjadi 3 port. B. ADC sebanyak 6 saluran dengan 4 saluran 10 bit dan 2 saluran 8 bit. C. Tiga buah timer counter, dua diantaranya memiliki fasilitas pembanding. D. CPU dengan 32 buah register E. Watchdog timer dan oscillator internal. F. SRAM sebesar 1K byte. G. Memori flash sebesar 8K Bytes system Self-programable Flash H. Unit interupsi internal dan eksternal. I. Port antarmuka J. EEPROM sebesar 512 byte. K. Port USART ( Universal Syncronous and Asycronous Serial Receiver and Transmitter ) untuk komunikasi serial.
8
2.2.3 Konfigurasi Pin ATMega8 ATMega8 memiliki 28 pin yang masing-masing pin-nya memiliki fungsi yang berbeda-beda baik sebagai port ataupun sebagai fungsi yang lain. Berikut akan dijelaskan tentang kegunaan dari masing-masing kaki pada ATMega8.
Gambar 2.2.Pin Konfigurasi pada ATMega 8
2.2.4. Deskripsi pin-pin pada mikrokontroler ATMega8 1. VCC Merupakan supply tegangan untuk digital. 2. GND Merupakan ground untuk smua komponen yang membutuhkan grounding.
9
3. Port B Adalah 8 buah pin mulai dari pin B.0 sampai dengan pin B.7. Tiap pin dapat digunakan sebagai input dan juga output. Port B merupakan sebuah 8-bit bit directional I/O port dengan inernal pull-up resistor. Sebagai input, pinpin yang terdapat pada port B yang secara eksternal diturunkan, maka akan mengeluarkan
arus
jika
pull-up
resistor
diaktifkan.
Jika
ingin
menggunakan tambahan kristal, maka cukup untuk menghubungkan kaki dari kristal ke keki pada pin port B. Namun jika tidak digunakan, maka cukup untuk dibiarkan saja. Pengguna kegunaan dari masing-masing kaki ditentukan dari clock fuse setting-nya. 4. Port C Port C merupakan sebuah 7-bit bi-directional I/O yang di dalam masingmasing pin terdapat pull-up resistor. Jumlah pin-nya hanya 7 buah mulai dari C.0 sampai dengan pin C.6. Sebagai keluaran / output, port C memiliki karakteristik yang sama dalam hal kemampuan menyarap arus ( sink ) ataupun mengeluarkan arus ( source). 5. Reset / PC6 Jika RSTDISBL Fuse diprogram, maka PC6 akan berfungsi sebagai pin I/O. Untuk diperhatikan juga bahwa pin ini memiliki karakteristik yang berbeda dengan pin-pin yang tedapat pada port C. Namun jika RSTDISBL Fuse tidak deprogram, maka pin ini akan berfungsi sebagai input reset. Dan jika level tegangan yang masuk ke pin ini rendah dan pulsa yang ada lebih pendek dari pulsa minimum, makan akan menghasilkan suatu kondisi reset meskipun clock-nya tidak berkerja.
10
6. Port D Port D merupakan 8-bit bi-directional I/O dengan internal pull-up resistor. Fungsi dari port ini sama dengan port-port yang lain. Hanya saja pada port ini tidak terdapat kegunaan-kegunaan yang lain. Pada port ini hanya berfungsi sebagai masukan dan keluaran saja atau biasa disebut dengan I/O. 7. AVCC Pada pin ini memiliki fungsi sebagai power supply tegangan untuk ADC. Untuk pin ini harus dihubungkan secara terpisah dengan VCC karena pin ini digunakan untuk analog saja. Bahkanjika ACD pada AVR tidak digunakan, tetap saja disarankan untuk menghubungkan secara terpisah dengan VCC. Cara menghubungkan AVCC adalah melewati low-pass filter setelah itu dihubungkan dengan VCC. 8. AREF Merupakan pin referensi analog jika menggunakan ADC. Pada AVR status Register mengandung beberapa informasi mengenai hasil dari kebanyakan hasil eksekusi intruksi aritmatik. Informasi ini dapat digunakan untuk altering arus program sebagai kegunaan untuk meningkatkan performa pengoperasian. Perlu diketahui bahwa register ini di-update setelah semua operasi ALU ( Arithmetic Logic Unit ). Hal tersebut seperti yang telah tertulis dalam datasheet khususnya pada bagian Intruction Set Reference. Dalam hal ini untuk beberapa kasus dapat membuang kebutuhan penggunaan instruksi perbandingan yang telah didedikasikan serta dapat menghasilkan peningkatan dalam hal kecepatan dan kode yang lebih
11
sederhana dan singkat. Register ini tidak secara otomatis tersimpan ketika memasuki sebuah rutin interupsi dan juga ketika menjalankan sebuah perintah setelah kembali dari interupsi. Namun hal iini harus dilakukan melalui software. 9. Bit 7 (1) Merupakan bit Global Interrupt Enable. Bit ini harus di-set supaya semua perintah interupsi dapat dijalankan. Untuk fungsi interupsi individual akan dijelaskan pada bagian yang lain. Jika bit ini di-reset, maka semua perintah interupsi baik yang secara individual maupun yang secara umum akan diabaikan. Bit ini akan dibersihkan atau cleared oleh hardware setelah sebuah interupsi dijalankan dan akan di-set kembali oleh perintah RETI. Bit ini juga dapat di-set dan di-reset melalui aplikasi dengan instruksi SEI dan CLI. 10. Bit 6 (T) Merupakan bit Copy Storage. Instruksi bit Copy Instruction BLD ( Bit LoaD ) dan BST ( Bit Store ) menggunakan bit ini sebagai asal atau tujuan untuk bit yang telah dioperasikan. Sebuah bit dari sebuah register dan Register File dapat disalin ke dalam bit ini dengan menggunakan intruksi BST, dan sebuah bit di dalam bit ini dapat disalin ke dalam sebuah bit di register pada Register File dengan menggunakan perintah BLD. 11. Bit 5 (H) Merupakan bit Half Carry Flag. Bit ini menandakan sebuah Half Carry dalam beberapa operasi aritmatika. Bit ini berfungsi dalam aritmatik BCD. 12. Bit 4 (S)
12
Merupakan Sign bit. Bit ini selalu merupakan sebuah eksklusif di antara Negative Flag (N) dan Two’s Complement Overflow Flag (V). 13. Bit 3 (V) Merupakan bit Two’s Complement Overflow Flag. Bit ini menyediakan fungsi aritmatika dua komplemen. 14. Bit 2 (N) Merupakan bit Negative Flag. Bit ini menyediakan sebuah hasil negative di dalam sebuah fugnsi logika atau aritmatika. 15. Bit 1 (Z) Merupakan bit Zero Flag. Bit ini mengindikasikan sebuah hasil nol “ 0 ” dalam sebuah fungsi aritmatika atau logika. 16. Bit 0 (C) Meruapakan bit Carry Flag. Bit ini mengindikasikan sebuah Carry atau sisa dalam sebuah fugnsi aritmatika atau logika.
2.2.5. Sistem Clock pada Mikrokontroller ATMega 8 Mikrokontroler, mempunyai sistem pewaktuan CPU, 12 siklus clock. Artinya setiap 12 siklus yang dihasilkan oleh ceramic resonator maka akan menghasilkan satu siklus mesin. Nilai ini yang akan menjadi acuan waktu operasi CPU. Untuk mendesain sistem mikrokontroler kita memerlukan sistem clock, sistem ini bisa di bangun dari clock eksternal maupun clock internal. Untuk clock internal, kita tinggal memasang komponen seperti di bawah ini:
13
Gambar 2.3.Sistem Clock pada ATMega8
2.2.6.Peta Memori ATmega8memilikidua ruang memori utama, yaitu memori data dan memori program.Selain dua memori utama, ATmega8 juga memiliki fitur EEPROM yang dapat digunakan sebagai penyimpan data.
2.2.6.1 Flash Memory ATmega8 memiliki flash memory sebesar 8 Kbytes untuk memori program. Karena semua instruksi AVR menggunakan 16 atau 32 bit, maka AVR memiliki organisasi memori 4 Kbyte x 16 bit dengan alamat dari $000 hingga $FFF. Untuk keamanan software, memori flash dibagi mejadi dua bagian, yaitu : Boot Programdan bagian Application program. AVR tersebut memiliki 12 bit Program Counter(PC) sehingga mampu mengalamati isi flash memori.
14
2.2.6.2 SRAM ATmega8 memiliki 608 alamat memori data yang terbagi menjadi 3 bagian, yaitu 32 buah register file, 64 buah IO register dan 512 byte internal SRAM. Peta Memori ATmega8 memiliki dua ruang memori utama, yaitu memori data dan memori program. Selain dua memori utama, ATmega8 juga memiliki fitur EEPROM yang dapat digunakan sebagai penyimpan data.
2.2.6.3 EEPROM ATmega8 juga memiliki memori data berupa EEPROM 8 bit sebesar 512 byte ($000-$1FF).
2.2.6.4 Status Register (SREG) Register SREG digunakan untuk menyimpan informasi dari hasil operasi aritmatika yang terakhir. Informasi-informasi dari register SREG dapat digunakan untuk mengubah alur program yang sedang dijalankan dengan menggunakan instruksi percabangan. Data SREG akan selalu akan berubah setiap instruksi atau operasi pada ALU dan datanya tidak otomatis tersimpan apabila terjadi instruksi percabangan baik karena interupsi maupun lompatan.
2.1.6.1 Status Register Status register adalah register berisi status yang dihasilkan pada setiap operasi yang dilakukan ketika suatu instruksi dieksekusi. SREG merupakan bagian dari inti CPU mikrokontroler. Berikut ini adalah status register dari ATmega8beserta penjelasannya.
15
Gambar 2.4.Status Register ATMega8
Status Register ATMega8 : a. Bit 7 (I) Merupakan bit Global Interrupt Enable. Bit ini harus di-set supaya semua perintah interupsi dapat dijalankan. Untuk fungsi interupsi individual akan dijelaskan pada bagian lain. Jika bit ini di-set, maka semua perintah interupsi baik yang individual maupun secara umum akan diabaikan. Bit ini akan dibersihkan atau cleared oleh hardware setelah sebuah interupsi dijalankan dan akan di-set kembali oleh perintah RETI. Bit ini juga dapat di-set dan di-reset melalui aplikasi dengan instruksi SEI dan CLI. b. BIT 6 (T) Merupakan bit Copy Storage. Instruksi bit Copy Instructions BLD (Bit Load) dan BST (Bit Store) menggunakan bit ini sebagai asal atau tujuan untuk bit yang telah dioperasikan. Sebuah bit dari sebuah register dalam Register File dapat disalin ke dalam bit ini dengan menggunakan instruksi BST, dan sebuah bit di dalam bit ini dapat disalin ke dalam sebuah bit di dalam register pada Register File dengan menggunakan perintah BLD.
16
c. BIT 5 (H) Merupakan bit Half Cary Flag. Bit ini menandakan sebuah Half Carry dalam beberapa operasi aritmatika. Bit ini berfungsi dalam aritmatik BCD. d. BIT 4 (S) Merupakan Signbit. Bit ini selalu merupakan sebuah eksklusif diantara Negative Flag (N) dan Two’s Complement OverflowFlag (V). e. BIT 3 (V) Merupakan bit Two’s Complement Overflow Flag. Bit ini menyediakan fungsi- fungsi aritmatika dua komplemen. f. BIT 2 (N) Merupakan bit Negative Flag. Bit ini mengindikasikan sebuah hasil negatif di dalam sebuah fungsi logika atau aritmatika. g. BIT 1 (Z) Merupakan bit Zero Flag. Bit ini mengindikasikan sebuah hasil nol “0” dalam sebuah fungsi arimatika atau logika. h. BIT 0 (C) Merupakan bit Carry Flag. Bit ini mengindikasikan sebuah carry atau sisa dalam sebuah fungsi aritmatika atau logika.
2.3 Light Dependent Resistor (LDR) Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) adalah salah satu jenis resistor yang dapat mengalami perubahan resistansinya apabila mengalami
17
perubahan penerimaan cahaya. Besarnya nilai hambatan pada Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) tergantung pada besar kecilnya cahaya yang diterima oleh LDR itu sendiri. LDR sering disebut dengan alat atau sensor yang berupa resistor yang peka terhadap cahaya. Biasanya LDR terbuat dari cadmium sulfida yaitu merupakan bahan semikonduktor yang resistansnya berupah-ubah menurut banyaknya cahaya (sinar) yang mengenainya. Sebuah light dependent resistor (LDR) terdiri dari sebuah piringan bahan semikonduktor dengan dua buah elektroda pada permukaannya. Dalam gelap atau di bawah cahaya yang redup, bahan piringan hanya mengandung elektron bebas dalam jumlah yang relatif sangat kecil. Hanya tersedia sedikit elektron bebas untuk mengalirkan muatan listrik. Dengan kata lain, nilai hambatan bahan sangat tinggi.
Gambar 2.5. Light Dependent Resistor Di bawah cahaya yang cukup terang, lebih banyak elektron dapat melepaskan diri dari atom-atom semikonduktor ini. Terdapat lebih banyak elektron bebas yang dapat mengalirkan muatan listrik. Hambatan listrik bahan adalah rendah. Semakin terang cahaya yang mengenai bahan, semakin banyak elektron bebas yang tersedia, dan semakin rendah pula hambatan listrik tersebut.
18
2.3.1
Karakteristik Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) adalah suatu bentuk
komponen yang mempunyai perubahan resistansi yang besarnya tergantung pada cahaya. Karakteristik LDR terdiri dari dua macam yaitu Laju Recovery dan Respon Spektral sebagai berikut : 1.
Laju Recovery Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) Bila sebuah “Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor)” dibawa
dari suatu ruangan dengan level kekuatan cahaya tertentu ke dalam suatu ruangan yang gelap, maka bisa kita amati bahwa nilai resistansi dari LDR tidak akan segera berubah resistansinya pada keadaan ruangan gelap tersebut. Na-mun LDR tersebut hanya akan bisa menca-pai harga di kegelapan setelah mengalami selang waktu tertentu. Laju recovery meru-pakan suatu ukuran praktis dan suatu kenaikan nilai resistansi dalam waktu tertentu. Harga ini ditulis dalam K/detik, untuk LDR tipe arus harganya lebih besar dari 200K/detik(selama 20 menit pertama mulai dari level cahaya 100 lux), kecepatan tersebut akan lebih tinggi pada arah sebaliknya, yaitu pindah dari tempat gelap ke tempat terang yang memerlukan waktu kurang dari 10 ms untuk mencapai resistansi yang sesuai dengan level cahaya 400 lux.
Gambar 2.6.Karakteristik LDR
19
2.
Respon Spektral Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) tidak mempunyai
sensitivitas yang sama untuk setiap panjang gelombang cahaya yang jatuh padanya (yaitu warna). Bahan yang biasa digunakan sebagai penghantar arus listrik yaitu tembaga, aluminium, baja, emas dan perak. Dari kelima bahan tersebut tembaga merupakan penghantar yang paling banyak, digunakan karena mempunyai daya hantaryang baik. 2.3.2
Prinsip Kerja Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) Resistansi Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) akan berubah
seiring den-gan perubahan intensitas cahaya yang mengenainya atau yang ada disekitarnya. Dalam keadaan gelap resistansi LDR seki-tar 10MΩ dan dalam keadaan terang sebe-sar 1KΩ atau kurang. LDR terbuat dari ba-han semikonduktor seperti kadmium sul-fida. Dengan bahan ini energi dari cahaya yang jatuh menyebabkan lebih banyak mua-tan yang dilepas atau arus listrik meningkat. Artinya resistansi bahan telah men-galami penurunan.
2.4. LCD ( Liquid Crystal Display ) LCD ( Liquid Crystal Dispalay ) sering diartikan dalam bahasa indonesia sebagai tampilan kristal cair merupakan suatu jenis media tampilan yang menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. LCD dapat menampilkan karakter ASCI sehingga kita bisa menampilkan campuran huruf dan angka sekaligus berwarna ataupun tidak berwarna, hal ini disebabkan karena terdapat banyak sekali titik cahaya (piksel) yang terdiri dari
20
satu buah kristal cair sebagai sebuah titik cahaya. Walau disebut sebagai titik cahaya namun kristal cair ini tidak memancarkan cahaya sendiri. Sumber cahaya didalam sebuah perangkat LCD adalah lampu neon berwarna putih dibagian belakang susunan kristal cair tadi. Titik cahaya yang jumlahnya puluhan ribu bahkan jutaan inilah yang membentuk tampilan citra. Kutub kristal cair yang dilewati arus listrik akan berubah karena pengaruh polarisasi medan magnetik yang timbul dan oleh karenanya akan hanya membiarkan beberapa warna diteruskan sedangkan warna lainnya tersaring. Dalam menampilkan karakter untuk membantu menginformasikan proses dan control yang terjadi dalam suatu program robot kita sering menggunakan LCD. Ada beberapa jenis LCD perbedaannya hanya terletak pada alamat menaruh karakternya. Salah satu LCD yang sering dipergunakan adalah LCD 16x2 artinya LCD tersebut terdiri dari 16 kolom dan 2 baris. LCD ini sering digunakan karena harganya yang relatif murah dan pemakaian nya yang mudah. LCD yang kita gunakan masih membutuhkan agar dapat dikoneksikan dengan system minimum dalam suatu mikrokontroler. Driver tersebut berisi rangkaian pengaman, pengatur tingkat kecerahan backligt maupun data serta untuk mempermudah pemasangan di mikrokontroler (portable-red).
21
Gambar 2.7.LCD 16 x 2 Modul LCD memiliki karakteristik sebagai berikut: 1. Terdapat 16 x 2 karakter huruf yang bisa ditampilkan. 2. Setiap terdiri dari 5 x 7 dot-matrix cursor. 3. Terdapat 192 macam karakter. 4. Terdapat 80 x 8 bit display RAM ( maksimal 80 karakter ). 5. Memiliki kemampuan penulisan dengan 8 bit maupun dengan 4 bit. 6. Dibangun oleh osilator lokal. 7. Satu sumber tegangan 5 Volt. 8. Otomatis reset saat tegangan dihidupkan. 9. Bekerja pada suhu 0oC sampai 550C.
22
2.4.1. Konfigurasi Pin LCD Tabel 2.1. Konfigurasi Pin LCD No
Simbol
Level
Fungsi
1
Vss
-
0 Volt
2
Vcc
-
5+10% Volt
3
Vee
-
Penggerak LCD
4
RS
H/L
H=Memasukkan Data,L=Memasukkan Ins
5
R/W
H/L
H=Baca, L=Tulis
6
E
7
DB0
H/L
8
DB1
H/L
9
DB2
H/L
10
DB3
H/L
11
DB4
H/L
12
DB5
H/L
13
DB6
H/L
14
DB7
H/L
15
V+BL
16
V-BL
Enable Signal
Data Bus
Kecerahan LCC
23
2.5Motor DC Berdasarkan pengertiannya motor dc adalah motor listrik yang dialiri sumber arus searah pada kumparan medan untuk menjadikannya energi mekanik.Hampir sama dengan motor AC, kumpara nmedan yang bergerak disebut stator dan untuk kumparan jangkar disebut juga rotor.
Gambar 2.8.Motor DC Motor DC memiliki 3 bagian utama untuk berputar antara lain: •
Current elektromagnet atau biasa disebut dinamo. Dinamo silinder terhubung ke as untuk menggerakkan beban. Untuk kasus motor DC kecil kutub utara dan selatan berganti lokasi saat dinamo berputar.
•
Kutub medan. Terbagi menjadi dua yaitu kutub utara dan kutub selatan.
•
Commutator. Fungsi komponen ini untuk mentransmisikan arus antara dinamo dan sumber daya.
Keuntungan dari motor DC ini adalah dapat menjaga pasokan daya dengan cara mengendalikankecepatan.Pengendalian ini dapat dilakukan dengan cara:
24
•
Mengubah tegangan dinamo. Bila dinaikan maka akan menigkatkan kecepatan sedangkan bila diturunkan maka akan menurunkan kecepatan.
•
Mengubah arus medan. Kenaikan arus medan sebanding dengan kenaikan kecepatan.
Hubungan kecepatan,flux medan dan tegangan dinamo: •
Persamaan gaya elektromagnetik: E = K Φ N
•
Persamaan Torque: T= K Φ Ia
Keterangan: •
E : gaya elektormagnetik yang dikembangkan pada terminal dinamo
•
Φ : flux medan berbanding lurus dengan arus medan.
•
N : kecepatan dalam RPM.
•
T : torque elektromagnetik.
•
Ia : arus dinamo
•
K : konstanta
Berdasarkan jenis sumber dayanya dibagi menjadi 2 yaitu: •
Motor DC dengan sumber daya terpisah.
•
Motor DC sumber daya sendiri.
Untuk Motor DC sumber daya sendiri terbagi menjadi 3 yaitu: •
Motor DC tipe Seri
•
Motor DC tipe gabungan.
•
Motor DC tipe Shunt.
Motor DC Seri dimana gulungan medan dihubungkan secara seri dengan gulungan dinamosehingga arus medan sama dengan arus dinamo.
25
2.5.1 Prinsip Mesin DC Menggunakan prinsip hukum Faraday dan gaya Lorentz. 1. Beroperasi sebagai motor. Beban mekanik dihubungkan dengan batang bergerak.Kemudian batang melambat perlahan dan menghasilkan pengurangan Tegangan terindukasi. Arus searah jarum jam sirkuit menghasilkan gaya induksi magnetic ke kanan. Sistem teresbut bergerak dalam kecepatan konstan. 2. Beroperasi sebagai generator. Asumsikan batang dalam kecepatan konstan dan arus nol. Kemudian,gaya teraplikasi
menarik
batang
lebih
cepat
ke
kanan,
kecepatan
batang
meningkat,tegangan yang terinduksi melampaui sumber tegangan, dan arus bersirkulasi melawan arah jarum jam.Karena arus memiliki arus terbalik, gaya terinduksi batang di medan berkebalikan dan berada di kiri. Kecepatan batang menstabilkan
dengan
menarik
gaya
sama
dengan
gaya
terinduksi.
Kemudian,tegangan terinduksi mengirimkan daya sebagian ke resistansi dan sisanya ke baterai. Lalu, energy mekanik berubah menjadi energy listrik dan muncul sebagai loss di resistansi atau energy kimia tersimpan dalam baterai. 2.6 Sensor Air Hujan Perangakat sensor hujan di atas bisa diaplikasi menjadi beberapa perangkat yang mungkin akan sangat berguna pada saat musim hujan. Misalnya dibuat menjadi alat jemuran yang akan otomatis menutup pada saat hujan turun, atau digunakan pada jendela otomatis. Namun rancangan yang ada saat ini saya gunakan untuk
26
membuat jemuran, yang mana pada jemuran tersebut akan secara otomatis menutup pada saat hujan turun.Berikut ini akan dijelaskan prinsip kerja dari pada sensor hujan di atas.Pada rankaian panel sensor yang ditandai dengan sensor. panel sensor hujan ini akan dipasang di area terbuka, dimana air hujan akan mengenai board panel tersebut. panel ini terbuat dari board PCB biasa yang dibuat menjadi sebuah rangkaian seperti yang ada di atas. Untuk menghindari karat karena air hujan sebaiknya tembaga dilapisi oleh timah. Prinsip kerja dari rangkaian ini adalah, dimana pada saat air hujan mengenai panel sensor, maka akan terjadi proses elektrolisasi oleh air hujan tersebut karena air hujan termasuk kedalam cairan elektrolit yaitu cairan yang dapat menghantarkan arus listrik,meskipun sangat kecil dan proses ini akan menyebabkan keadaan aktif yang akan mengaktifkan relay . Dimana pada saat relay aktif motor akan menarik penutup dan setelah penutup ditarik ke pangkal ujung maka motor akan berhenti secara otomatis. Hal ini terjadi karena pada saat penutup berada di pangkal ujung magnet akan mengenai sensor magnet yang ada di pangkal ujung mengalir ke motor akan terhenti dapat dilihat pada panel sensor pada Gambar 2.9.
Gambar 2.9 Sensor Air Hujan
27
2.6. 1 Tipe Data Tipe data merupakan bagian program yang penting karena tipe data mempengaruhi setiap instruksi yang akan dilaksanakan komputer. Pemilihan tipe data yang tepat akan membuat operasi data menjadi lebih efesien dan efektif. Tabel 2.2. Tipe-Tipe Data Dalam BASCOM-AVR NO
Tipe
Jangkauan
1.
Bit
0 atau 1
2.
Byte
0 – 225
3.
Integer
-65,535
4.
Word
0 – 65535
5.
Long
-2E+09
6.
Single
1.5x10-45 – 3.4x1038
7.
Double
5.0x10-324 – 1.7x10308
8.
String
>254 byte
2.6.2. Variabel Variabel adalah suatu pengenal (identifier) yang digunakan untuk mewakili suatu nilai tertentu didalam proses program. Berbeda dengan konstanta yang nilainya selalu tetap, nilai dari suatu variabel bias berubah-ubah sesuai dengan kebutuhan. Nama dari suatu variabel mempunyai ketentuan sebagai berikut:
28
•
Terdiri dari gabungan huruf dan angka dengan karakter pertama harus berupa huruf.
•
Tidak boleh mengandung karakter spasi.
•
Tidak boleh mengandung symbol-symbol khusus, kecuali garis bawah (underscore). Yang termasuk symbol khusus yang tidak boleh digunakan adalah $ ? % # ! & * , ( ) - + = @.
•
Panjang sebuaah nama variabel hanya 32 karakter. Untuk dapat menggunakan variabel, maka variabel tersebut harus dideklarasikan terlebih dahulu pada program yang dibuat. Berikut ini merupakan cara mendeklarasikan variabel pada BASCOM-AVR.
2.6. 3 Operasi – Operasi dalam BASCOM - AVR Bahasa
pemograman
BASCOM
–
AVR
ini
dapat
digunakan
untuk
menggabungkan, membandingkan, atau mendapatkan informasi tentang sebuah pernyataan dengan menggunakan operator-operator yang tersedia di BASCOMAVR. •
Operator aritmatika
Operator ini adalah operator yang digunakan dalam perhitungan operator aritmatika meliputi + (tambah), - (kurang), / (bagi), dan * (kali). •
Operator Relasi
Operator ini berfungsi membandingkan nilai sebuah angka. Hasilnya dapat digunakan untuk membuat keputusan yang sesuai dengan program yang kita buat. Operator relasi meliputi:
29
Tabel 2.3.Tabel Operasi Relasi
•
Opertor
Relasi
Pernyataan
=
Sama Dengan
X=Y
<>
Tidak Sama Dengan
X <> Y
<
Lebih Kecil Dari
X
>
Lebih Besar Dari
X>Y
<=
Lebih Kecil Sama Dengan
X <= Y
>=
Lebih Besar Sama Dengan
X >= Y
Operator Logika
Operator logika digunakan untuk menguji sebuah kondisi atau memanipulasi bit dan bolean. Dalam BASCOM-AVR ada 4 buah operator logika, yaitu AND, OR, NOT, dan XOR.
•
Operator fungsi
Operator fungsi digunakan untuk melengkapi operator yang sederhana.
30
2.7. Komponen Elektronika 2.7.1. Resistor Resistor adalah komponen dasar elektronika yang digunakan untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam satu rangkaian. Sesuai dengan namanya resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Tipe resistor yang umum berbentuk tabung porselen kecil dengan dua kaki tembaga dikiri dan kanan. Pada badannya terdapat lingkaran membentuk gelang kode warna untuk memudahkan pemakai mengenali besar resistansi tanpa mengukur besarnya dengan ohm meter. Kode warna tersebut adalah standar menufaktur yangdikeluarkan oleh ELA (Electronic Industries Association) pada Gambar 2.10.
Gambar 2.10. Resistor Karbon 2.7.2. Kapasitor Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan listrik. Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki elektroda metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir
31
menuju ujung kutup negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung
kutup
positif
karena
terpisah
oleh
bahan
elektrik
yang
non-
konduktif.Muatan elektrik ini “tersimpan” selama tidak ada konduktif pada ujungujung kakinya. Kapasitor merupakan komponen pasif elektronika yang sering dipakai didalam merancang suatu sistem yang berfungsi untuk mengeblok arus DC, Filter, dan penyimpan energi listrik. Didalamnya 2 buah pelat elektroda yang saling berhadapan dan dipisahkan oleh sebuah insulator. Sedangkan bahan yang digunakan sebagai insulator dinamakan dielektrik. Ketika kapasitor diberikan tegangan DC maka energy listrik disimpan pada tiap elektrodanya. Selama kapasitor melakukan pengisian, arus mengalir. Aliran arus tersebut akan berhenti bila kapasitor telah penuh. Yang membedakan tiap - tiap kapasitor adalah dielektriknya. Berikut ini adalah jenis– jenis kapasitor yang dipergunakan dalam perancangan ini. 2.7.3 Elektrolik Kapasitor (ELCO) Elektroda dari kapasitor ini terbuat dari alumunium yang menggunakan membrane oksidasi yang tipis. Karakteristik utama dari Electrolytic Capacitor adalah perbedaan polaritas pada kedua kakinya. Dari karakteristik tersebut kita harus berhati - hati di dalam pemasangannya pada rangkaian, jangan sampai terbalik. Bila polaritasnya terbalik maka akan menjadi rusak bahkan “meledak”. Biasanya jenis kapasitor ini digunakan pada rangkaian power supply. Kapasitor ini tidak bisa digunakan pada rangkaian frekuensi tinggi. Biasanya tegangan kerja dari kapasitor dihitung dengan cara mengalikan tegangan catu daya dengan 2.
32
Misalnya kapasitor akan diberikan catu daya dengan tegangan 5 Volt, berarti kapasitor yang dipilih harus memiliki tegangan kerja minimum 2 x 5 = 10 Volt .
Gambar 2.11.Elektrolik Kapasitor
2.7.4 IC Regulator 7805 IC 7805
(kadang-kadang L78xx, LM78xx, MC78xx ...) adalah keluarga IC
regulator tegangan . Keluarga 7805 umumnya digunakan dalam sirkuit elektronik yang membutuhkan power supply yang diatur karena kemudahan penggunaan dan biaya rendah. Untuk IC ini, xx diganti dengan dua digit, yang menunjukkan output tegangan (misalnya, 7805 memiliki output 5 volt, sedangkan 7812 memproduksi 12 volt). 78xx adalah kode regulator yang bekerja pada tegangan positif: artinya mereka menghasilkan tegangan out put positif. Sedangkan Lawannya adalah 79XX yang menghasilkan Out put negatif. 78xx dan IC 79XX dapat digunakan dalam kombinasi untuk menyediakan pasokan tegangan positif dan negatif di sirkuit yang sama. IC 78xx memiliki tiga kaki. Dari tampak depan, maka kaki pertama (Kaki paling kiri jika tdilihat dari depan) adalah Input (positif untuk seri 78xx dan Negatif Untuk seri 79xx), kaki berikutnya atau kaki kedua adalah negatif atau
33
positif untuk seri 79xx, dan kaki ketiga sebagai outputnya. IC ini mendukung tegangan input berapa saja di atas tegangan output yang diinginkan, sampai maksimum 35 sampai 40 volt tergantung pada merek, dan biasanya outputnya 1 atau 1,5 ampere (meskipun paket yang lebih kecil atau lebih besar mungkin memiliki Peringkat yang lebih rendah atau lebih tinggi saat ini).
Gambar 2.12. Bentuk umum IC 7805 Keuntungan 1. 7805 tidak memerlukan komponen tambahan untuk bekerja, sumber diatur bebas, membuat mereka mudah digunakan, serta penggunaan ekonomis dan efisiensi ruang. 2. Regulator tegangan lainnya mungkin memerlukan komponen tambahan untuk mengatur tingkat tegangan keluaran, atau untuk membantu dalam proses regulasi. 3. Beberapa desain lain (seperti power supply switched-mode ) mungkin perlu keahlian teknik substansial untuk bekerja. 4. 7805 memiliki perlindungan terhadap sirkuitnya jika arus terlalu banyak. Mereka memiliki perlindungan terhadap konsleting dan panas berlebih, membuat mereka cukup kuat di sebagian besar aplikasi.
34
5. Dalam beberapa kasus, fitur pembatas arus dari perangkat 7805 dapat memberikan perlindungan tidak hanya untuk 7805 itu sendiri, tetapi juga untuk bagian lain dari sirkuit. Kekurangan 1. Tegangan input harus selalu lebih tinggi dari tegangan output dengan beberapa jumlah minimum (biasanya 2 volt). Hal ini dapat membuat perangkat ini cocok untuk menyalakan beberapa perangkat dari beberapa jenis sumber daya (misalnya, menyalakan sebuah sirkuit yang membutuhkan 5 volt dengan sumber 6-volt baterai maka tidak akan bekerja menggunakan 7805). 2. Ketika mereka didasarkan pada regulator linier desain, arus masukan yang dibutuhkan adalah selalu sama dengan arus keluaran. Sebagai tegangan input harus selalu lebih tinggi dari tegangan output, ini berarti bahwa daya total (tegangan dikalikan dengan arus) masuk ke 78xx akan lebih dari daya keluaran yang disediakan. Input daya tambahan hilang sebagai panas. Ini berarti baik untuk beberapa aplikasi yang memadai, heatsink harus disediakan, dan juga bahwa sebagian dari daya input terbuang selama proses, membuat mereka kurang efisien daripada beberapa power supply jenis lainnya. 3.
Ketika tegangan input secara signifikan lebih tinggi dari tegangan output diatur (misalnya, menyalakan 7805 menggunakan sumber daya 24 volt), inefisiensi ini bisa menjadi masalah yang signifikan.Bahkan dalam paket yang lebih besar, 78xx sirkuit terpadu tidak dapat memasok daya sebanyak banyak desain yang menggunakan komponen
35
2.7.5. Relay Relay adalah sebuah alat elektromagnetik yang dapat mengubah kontak-kontak saklar sewaktu alat ini menerima sinyal listrik. Sebuah relay terdiri dari satu kumparan dan inti, yang mana bila dialiri arus kumparan tersebut akan menjadi magnet dan menutup atau membuka kontak-kontak. Kontak-kontaknya ada dua macam, yaitu NO (Normally Open) dan NC (Normally Close).Normally Close adalah kontak relay yang terhubung saat belum ada arus. Sewaktu ada arus yang melewati kumparan relay, inti besi lunak akan dimagnetisasi, dan menarik kontak sehingga kontak yang open kini terhubung. Keuntungan dari relay ini adalah dapat menghubungkan daya yang besar dengan memberi daya yang kecil pada kumparannya.
Gambar 2.13 Relay
2.7.6. Diode Diode adalah komponen pasif yang dibuat dari bahan semikonduktor. Dioda berfungsi untuk mengalirkan arus listri DC dalam satu arah saja. Dioda dibangun
36
menggunakan dua lempeng bahan semikonduktor tipe P dan tipe N. Simbol dan salah satu bentuk fisik dioda dapat dilihat pada gambar berikut.
Gambar 2.14. Diode Dioda memiliki 2 kaki yaitu kaki Anoda dan Kaki Katoda, pada prinsipnya dioda akan mengalirkan arus DC dari Anoda ke Katoda. Pada aplikasi lain dioda dapat berfungsi sebagai penyearah gelombang AC. 2.7.6 Saklar Saklar adalah komponen elektronika yang bekerja sebagai pemutus atau pemilih sinyal secara mekanik. Saklar memiliki dua bagian utama yaitu kontaktor dan tuas saklar.Salah satu bentuk dan simbol saklar dapat dilihat pada gambarberikut.
Gambar 2.15. Saklar Dalam menjalankan tugasnya saklar membutuhkan operator sebagai penggerak tuas. Operator tuas saklar dapat berupa suatu sistem elektro mekanis maupun operator manusia secara manual.
37
