BAB 2 LANDASAN TEORI 2.1 Water Flow Sensor Yf-S201 Sensor aliran air ini terbuat dari palstik dimana didalamnya terdapat rotor dan sensor hall effect.Saat mengalir melewati rotor, rotor akan berputar. Kecepatan putaran ini akan sesuai dengan besarnya aliran air. Sensor berbasis hall effectini dapat digunakan untuk mendeteksi aliran air hingga 30 liter/menit (1.800 L/hour), dapat digunakan dalam pengendalian aliran air pada sistem distribusi air, sistem pendinginan berbasis air, dan aplikasi lainnya yang membutuhkan pengecekan terhadap debit air. Prinsip kerja sensor ini adalah dengan memanfaatkan fenomena hall effect..hall effect ini didasarkan pada efek medan magnetik terhadap partikel bermuatanyang bergerak. Ketika ada arus listrik yang mengalir pada divais hall effectyang ditempatkan dalam medan magnet yang arahnya tegak lurus arus listrik, pergerakan pembawa muatan akan berbelok ke salah satu sisi dan menghasilkan medan listrik. Medan listrik terus membesar hingga gaya Lorentz yang bekerja pada partikel menjadi nol. Perbedaan potensial antara kedua sisi divais tersebut disebut potensial Hall. Potensial Hall ini sebanding dengan medan magnet dan arus listrik yang melalui divais. Ketika mengukur aliran bahan yangmempunyai tekanan, aliran volumetrik tidak terlalu berarti, kecuali kepadatan adalah konstan. Ketika kecepatan (volumetric aliran) dari cairan mampat diukur,factor gelembung udara akan menyebabkan kesalahan, karena itu, udara dan gasharus dipindahkan sebelum mencapai fluida meter, Tidak semua fluida yang berpindah dinamakan fluida bergerak.Yangdimaksud fluida bergerak adalah jika fluida tersebut bergerak lurus terhadapsekitar.Aliran fluida dikatakan aliran garis lurus apabila aliran fluida yangmengalir mengikuti suatu garis (lurus melengkung) yang jelas ujung pangkalnya.Aliran garis lurus juga disebut aliran berlapis atau aliran laminar (laminar flow).
4 Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.1 water flow sensor Yf-S201 Fitur:
Debit air yang dapat diukur: 1 - 30 Ltr / menit
Maksimum tekanan air: 2 MPa
Tekanan hidrostatik / Hydrostatic Pressure: ≤ 1,75 MPa
Catu daya antara 4,5 Volt hingga 18 Volt DC
Arus: 15 mA (pada Vcc = 5V)
Kapasitas beban: kurang dari 10 mA (pada Vcc = 5V)
Maksimum suhu air (water temperature usage): 80°C
Rentang Kelembaban saat beroperasi: 35% - 90% RH (no frost)
Duty Cycle: 50%±10%
Periode signal (output rise / fall time): 0.04µs / 0.18µs
Diameter penampang sambungan: 0,5 inch (1,25 cm)
Amplitudo: Low ≤ 0,5V, High ≥ 4,6 Volt
Kekuatan elektrik (electric strength): 1250 V / menit
Hambatan insulasi: ≥ 100 MΩ
Material: PVC
Tipe sensor hall effect
Akurasi ±10%
Berat sensor 43g
5 Universitas Sumatera Utara
2.2 Mikrokontroller8 ATMega16 Microcontrollermerupakan suatu sistem komputer yang seluruh atau sebagian besar elemennya dikemas dalam satu chip IC,sehingga sering juga disebut dengan single chip microcomputer.Microcontroller biasa dikelompokkan dalam satu keluarga, masing-masing microcontroller mempunyai spesifikasi tersendiri namun masih kompatibel daam pemrogramannya. ATMega16 merupakan mikrokontroler CMOS 8-bit buatan Atmel keluarga AVR. AVR mempunyai 32 register general-purpose, timer/counter dengan metode compare, interrupt eksternal dan internal, serial UART, progammable
Watchdog
Timer,
ADC
dan
PWM
internal.AVR
dapat
dikelompokkan menjadi empat kelas, yaitu keluarga Attiny, keluarga AT902xx, keluarga Atmega, dan keluarga AT86RFxx.Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral, dan fungsinya.Silahkan buka www.atmel.com untuk informasi lebih lanjut tentang berbagai variasi AVR.Untuk mikrokontroler AVR yang berukuran lebih kecil, silahkan mencoba Atmega8, Attiny2313
dengan
ukuran
Flash
Memory
2KB
dengan
dua
input
analog. Mikrokontroler pada dasarnya diprogram dengan bahasa assembler.tetapi saat ini mikrokontroler dapat diprogram dengan menggunakan bahasa tingkat tinggi sepert BASIC, PASCAL atau C.
Gambar 2.2 ATMega 16
6 Universitas Sumatera Utara
Didalam mikrokontroler Atmega16 terdiri dari:
Saluran I/O ada 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, dan Port D.
ADC (Analog to Digital Converter) 10 bit sebanyak 8 channel.
Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan perbandingan.
CPU yang terdiri dari 32 register.
131 intruksi andal yang umumnya hanya membutuhkan 1 siklus clock.
Watchdog Timer dengan oscilator internal.
Dua buah Timer/Counter 8 bit.
Satu buah Timer /Counter 16 bit.
Tagangan operasi 2.7 V - 5.5 V pada Atmega16.
Internal SRAM sebesar 1KB.
Memory Flash sebesar 16KB dengan kemampuan Read While Write.
Unit interupsi internal dan eksternal.
Port antarmuka SPI.
EEPROM sebesar 512 byte dapat diprogram saat operasi.
Antar muka komparator analog.
4 channel PWM.
32x8 general purpose register.
Hampir mencapai 16 MIPS pada Kristal 16 MHz.
Port USART programmable untuk komunikasi serial.
2.2.1 Konfigurasi Pin ATmega16 Atmega 16 memepunyai kaki standart 40 pin PID yang mempunyai fungsi sendiri-sendiri. 1. VCC merupakan pin masukan positif catudaya. Setiap peralatan elektronika digital tentunya butuh sumber catu daya yang umumnya sebesar 5 V, itulah sebabnya di PCB kit rangkaian mikrokontroler selalu dipasang IC regulator 7805. 2. GND sebagai PIN ground. 3. Port A (PA0 ... PA7) merupakan pin I/O dua arah dan dapat diprogram sebagai pin masukan ADC.
7 Universitas Sumatera Utara
4. Port B (PB0 ... PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu Timer/Counter, Komparator Analog, dan SPI. 5. Port C (PC0 ... PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu TWI, komparator analog, dan Timer Oscilator. 6. Port D (PD0 ... PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu komparator analog, interupsi eksternal, dan komunikasi serial. 7. Reset merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler ke kondisi semula. 8. XTAL 1 dan XTAL 2 sebagai pin masukan clock eksternal. Suatu mikrokontroler
membutuhkan
sumber
detak
(clock)
agar
mengeksekusi intruksi yang ada di memori. Semakin tinggi
dapat nilai
kristalnya, maka semakin cepat pula mikrokontroler tersebut dalam mengeksekusi program. 9. AVCC sebagai pin masukan tegangan untuk ADC. 10. AREF sebagai pin masukan tegangan referensi. 2.2.2 Port Sebagai Input/Output Digital ATMega16 mempunyai empat buah port yang bernama PortA, PortB, PortC, dan PortD. Keempat port tersebut merupakan jalur bidirectional dengan pilihan internal pull-up. Tiap port mempunyai tiga buah register bit, yaitu DDxn, PORTxn, dan PINxn. Huruf ‘x’mewakili nama huruf dari port sedangkan huruf ‘n’ mewakili nomor bit. Bit DDxn terdapat pada I/O address DDRx, bit PORTxn terdapat pada I/O address PORTx, dan bit PINxn terdapat pada I/O address PINx. Bit DDxn dalam register DDRx (Data Direction Register) menentukan arah pin. Bila DDxn diset 1 maka Px berfungsi sebagai pin output. Bila DDxn diset 0 maka Px berfungsi sebagai pin input. Bila PORTxn diset 1 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin input, maka resistor pull-up akan diaktifkan. Untuk mematikan resistor pull-up, PORTxn harus diset 0 atau pin dikonfigurasi sebagai pin output. Pin port adalah tri-state setelah kondisi reset. Bila PORTxn diset 1 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin output maka pin port akan berlogika 1. Dan bila PORTxn diset 0 pada saat pin terkonfigurasi
8 Universitas Sumatera Utara
sebagai pin output maka pin port akan berlogika 0. Saat mengubah kondisi port dari kondisi tri-state (DDxn=0, PORTxn=0) ke kondisi output high (DDxn=1, PORTxn=1) maka harus ada kondisi peralihan apakah itu kondisi pull-up enabled (DDxn=0, PORTxn=1) atau kondisi output low (DDxn=1, PORTxn=0). Biasanya, kondisi pull-up enabled dapat diterima sepenuhnya, selama lingkungan impedansi tinggi tidak memperhatikan perbedaan antara sebuah strong high driver dengan sebuah pull-up. Untuk lebih jelasnya, dapat dilihat pada gambar berikut.
Gambar 2.3 Port Input/Output Digital 2.2.3 Peta Memori AVR ATMega16 memiliki ruang pengalamatan memori data dan memori program yang terpisah. Memori data terbagi menjadi 3 bagian, yaitu 32 buah register
umum,
64
buah
register
I/O,
dan
1kb
SRAM
internal.
Register keperluan umum menempati space data pada alamat terbawah, yaitu $00 sampai $1F. Sementara itu, register khusus untuk menangani I/O dan kontrol terhadap mikrokontroler menempati 64 alamat berikutnya, yaitu mulai dari $20 hingga $5F. Register tersebut merupakan register yang khusus digunakan untuk
9 Universitas Sumatera Utara
mengatur
fungsi
terhadap
berbagai
peripheral
mikrokontroler,
seperti kontrol register, timer/counter, fungsi – fungsi I/O, dan sebagainya. Alamat memori berikutnya yang digunakan untuk SRAM 1kb, yaitu pada lokasi $60 sampai dengan $45F.Konfigurasi memori data ditunjukan pada gambar berikut.
Gamabar 2.4 Peta Memori Mikrokontroler disini digunakan sebagai komunikasi antara komputer dengan Plant, dimana digunakan komunikasi serial RS232 sebagai komunikasi antara Mikrokontroler dengan Komputer. 2.2.4 Pulse Width Modulation (PWM) PWM atau modulasi lebar pulsa adalah salah satu keunggulan dari Timer/Counter yang terdapat pada ATMega16.Ketiga jenis Timer/Counter pada ATMega32 dapat menghasilkan pulsa PWM.Pulsa PWM adalah sederetan pulsa yang lebar pulsanya dapat diatur.Pulsa PWM berfungsi mengatur kecepatan motor DC, mengatur gelap terang LED dan lain sebagainya. Untuk memahami penggunaan PWM, disini digunakan Timer/Counter 1 sebagai PWM. PWM adalah Timer Mode Output Compare yang canggih.Mode PWM timer juga dapat mencacah turun yang berlawanan dengan mode Timer lainya
yang
hanya
mencacah
naik.
Pada
mode
PWM
tersebut,
10 Universitas Sumatera Utara
Timer mencacahnaik hingga mencapai nilai TOP, yaitu 0xFF untuk PWM 8 bit. Timer/Counter 1 memiliki PWM 9 bit dan PWM 10 bit, selain PWM 8 bit. Pemilihan Timer Mode PWM diseting melalui bit WGM01 dan bit WGM00 pada register TCCR0. Tabel Konfigurasi Bit WGM01 dan WGM00 dapat dilihat pada tabel berikut.
Sebagai penggunaan mode PWM Timer / Counter 0, keluaran sinyal PWM terletak pada pin OC0 sehingga pada contoh ini LED diletakkan pada pin OC0. Ketika nilai TCNT0 sama dengan nilai pada OCR0, maka output pada OC0 akan berlogika nol atau berlogika satu, tergantung pada pemilihan mode PWM. Anda dapat memilih mode normal atau mode inverted PWM. Pemilihan mode PWM diseting melalui bit COM01 dan bit COM00 pada register TCCR0 yang konfigurasinya seperti tabel berikut.
Tabel Konfigurasi Bit COM01 dan COM00 Compare Output Mode Phase Correct PWM Dari tabel diatas dapat diketahui saat COM00 clear dan COM01 set, pin OC0 clear saat timer mencacah diatas Compare Match dan pin OC0 set saat timer mencacah dibawah Compare Match atau non-inverting PWM. Kebalikannya, saat 11 Universitas Sumatera Utara
COM00 set dan COM01 juga set, maka pin OC0 set saat timer mencacah diatas Compare Match dan pin OC0 clear saat mencacah dibawah Compare Match atau disebut juga inverting PWM.
2.3 Relay Relay adalah Saklar (Switch) yang dioperasikan secara listrik dan merupakan komponen Electromechanical (Elektromekanikal) yang terdiri dari 2 bagian utama yakni Elektromagnet (Coil) dan Mekanikal (seperangkat Kontak Saklar/Switch).
Relay
menggunakan
Prinsip
Elektromagnetik
untuk
menggerakkan Kontak Saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. Relay terdiri dari 4 komponen dasar yaitu : 1. Electromagnet (Coil) 2. Armature 3. Switch Contact Point (Saklar) 4. Spring
12 Universitas Sumatera Utara
Beberapa fungsi Relay yang telah umum diaplikasikan kedalam peralatan Elektronika diantaranya adalah :
Relay digunakan untuk menjalankan Fungsi Logika (Logic Function)
Relay digunakan untuk memberikan Fungsi penundaan waktu (Time Delay Function)
Relay digunakan untuk mengendalikan Sirkuit Tegangan tinggi dengan bantuan dari Signal Tegangan rendah.
Ada juga Relay yang berfungsi untuk melindungi Motor ataupun komponen lainnya dari kelebihan Tegangan ataupun hubung singkat (Short).
2.4 Key Pad 3x4 Keypad merupakan komponen elektronik yang digunakan sebagai masukan, disususun dari beberapa tombol/switch dengan teknik matrix.keypad merupakan tombol-tombol yang dirangkai menjadi sebuah paket dengan teknik menghubungkan satu tombol dengan tombol yang la15in dengan teknik matrix. Teknik matrix adalah bisa dikatakan array, memiiki kolom dan baris lebih dari satu. Penyusun tombol pada keypad dapat dibuat dari bermacam-macam bahan/komponen, seperti switch metal, switch karbon, dan resistif/kapasitif (touch panel). Penggunaan bahan tersebut disesuaikan dengan kebutuhan akan sensifitas, aksi penekanan, dan kebutuhan akan suatu tombol khusus.
Gambar 2.5 Key Pad 3x4
13 Universitas Sumatera Utara
2.5 LCD 16X2 LCD 16×2 adalah salah satu penampil yang sangat populer digunakan sebagai interface antara mikrokontroler dengan user nya. Dengan penampil LCD 16×2 ini user dapat melihat/memantau keadaan sensor ataupun keadaan jalanya program. Penampil LCD 16×2 ini bisa di hubungkan dengan mikrokontroler apa saja. Salah satunya dari keluarga AVR ATMega baik ATMega32,ATMega16 ataupun ATMega8535 dan ATMega 8.
Gambar 2.6 LCD 16x2 Berikut ini adalah skematik diagram / rangkaian LCD 16×2 :
dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa LCD 16×2 mempunya 16 pin. sedangkan pengkabelanya adalah sebagai berikut : 1. Kaki 1 dan 16 terhubung dengan Ground (GND) 2. Kaki 2 dan 15 terhubung dengan VCC (+5V) 14 Universitas Sumatera Utara
3. Kaki 3 dari LCD 16×2 adalah pin yang digunakan untuk mengatur kontras kecerahan LCD. Jadi kita bisa memasangkan sebuah trimpot 103 untuk mengatur kecerahanya.Pemasanganya seperti terlihat pada rangkaian tersebut. Karena LCD akan berubah kecerahanya jika tegangan pada pin 3 ini di turunkan atau dinaikan. 4. Pin 4 (RS) dihubungkan dengan pin mikrokontroler 5. Pin 5 (RW) dihubungkan dengan GND 6. Pin 6 (E) dihubungkan dengan pin mikrokontroler 7. Sedangkan pin 11 hingga 14 dihubungkan dengan pin mikrokontroler sebagai jalur datanya. 2.6 IC Regulator 7805 Regulator ini menghasilkan tegangan output stabil 5 Volt dengan syarat tegangan input yang diberikan minimal 7-8 Volt (lebih besar dari tegangan output) sedangkan batas maksimal tegangan input yang diperbolehkan dapat dilihat pada datasheet IC 78XX karena jika tidak maka tegangan output yang dihasilkan tidak akan stabil atau kurang dari 5 Volt.
15 Universitas Sumatera Utara
