BAB II KAJIAN TEORITIS DAN LANDASAN TEORI

BAB II KAJIAN TEORITIS DAN LANDASAN TEORI

2.1 Kajian Teoritis 2.1.1. Definisi Bakteri Bakteri berasal dari bahasa Yunani yakni bakterion yang berarti batang kecil. Meskipun demikian, bentuk bakteri tidak hanya seperti batang (basil) namun melainkan ada yang berbentuk bola (coccus) dan spiral (spirilum)1. Bakteri yang hidup dapat menberikan dampak positif dan juga dampak negatif. Bakteri yang menguntungkan (memberikan dampak positif) ialah bakteri yang banyak digunakan dalam industri ataupun dalam proses pengubahan zat, seperti bakteri Loctobacillus Bulgaricus2 yang digunakan dalam pembuatan susu asam (Yoghurt). Sedangkan bakteri yang merugikan ialah bakteri yang dapat membusukkan atau hidup parasit baik pada manusia, hewan maupun tumbuhan. Salah satu contoh bakteri yang merugikan yaitu Leuconostoc mesenteroides yang menyebabkan pelendiran makanan. Adapun ciri-ciri bakteri adalah sebagai berkut :

1 2

1.

Organisme uniselluler ( tubuhnya terdiri atas satu sel saja )

2.

Prokariot (tidak memiliki membran inti sel )

3.

Umumnya tidak memiliki klorofil

4.

Memiliki ukuran tubuh rata-rata 1 s/d 5 mikron.

Istamar Syamsuri dkk, Biologi 2000 Hal 46-56 “Bakteri yang menguntungkan dan merugikan” http://bengkelbiologi.blogspot.com

7

8

2.1.2. Sterilisasi Sterilisasi adalah suatu proses membunuh segala bentuk kehidupan mikroorganisme yang ada pada sample, alat-alat atau lingkungan tertentu3. Metode praktis yang dirancang untuk membersihkan dari mikroorganisme ataupun membebaskan suatu bahan atau benda dari semua bentuk kehidupan. Secara umum, teknik sterilisasi dapat dilakukan dengan dua cara yakni : 1.

Secara fisis

2.

Secara kimia

2.1.2.1. Sterilisasi Secara Fisik a) Metode Radiasi Pada Proses sterilisasi menggunakan radiasi gelombang elektromagnetik yang banyak digunakan ialah sinar ultraviolet dapat juga menggunakan sinar gamma ataupun sinar-X. Dalam proses sterilisasi sebaiknya memperhatikan dosis ultraviolet yang dapat membunuh mikroorganisme di udara, sehingga dapat menghindari kontak udara antar penderita. Sementara sinar gamma juga dapat dipakai untuk proses sterilisasi. Proses sterilisasi dengan sinar gamma berdaya tinggi digunakan untuk objek-objek yang tertutup plastik (jarum suntik). Radiasi–radiasi yang dihasilkan dianggap sangat efektif karena dapat merusak intra molekuler, misalnya ikatan atom hydrogen dalam DNA (Deoksiribone

Nukleat

Acid).

Perubahan

menyebabkan kematian pada sel – sel tersebut.

3

J.F. Gabrille, Fisika Kedokteran, Hal 32-34

yang

terjadi

9

b) Metode Pemanasan Dengan Uap Air dan Pengaruh Tekanan Metode pemanasan dengan uap air sering digunakan di rumah sakit. Proses sterilisasi dengan metode mensterilkan bahan dengan menggunakan uap air yang mempunyai tekanan tertentu dan suhu diatas 100°C dalam tempo tertentu. Metode dengan pemanasan uap air akan memudahkan proses pensterilisasi karena tekanan yang dihasilkan akan membawa hawa panas yang dihasilkan merata. Benda yang akan disterilkan diletakkan diatas lempengan saringan dan tidak mengenai air secara langsung dibawahnya. Pemanasan dilakukan hingga air mendidih (diperkirakan pada suhu 100°C) dimana, kenaikan suhu akan diikuti dengan kenaikan tekanan. Pada tekanan 15 lb dan temperatur 121°C organisme yang tidak berspora dapat dimatikan dalam tempo 10 menit. c) Metode Pemanasan Secara Kering Metode pemanasan secara kering kurang efektif apabila temperature kurang tinggi. Untuk mendapatkan efektivitas diperlukan pemanasan mencapai temperature antara 160°C180°C. Pada temperatur yang telah diatur akan menyebabkan kerusakan pada sel-sel hidup dan jaringan yang disebabkan terjadinya auto oksidasi sehingga bakteri pathogen dapat terbakar. Pemanasan secara kering dilakukan untuk mensterilkan alat kedokteran seperti pipet, tabung reaksi, gunting operasi, jarum suntik. d) Metode Pemanasan Secara intermittent (Terputus-putus) Metode yang dilakukan adalah dengan memanaskan bahan yang akan diseterilkan secara terputus-putus. Hasil penelitian yang dilakukan oleh John Tyndall (1877) bahwa untuk memperoleh temperatur didih (100°C) selama 1 jam tidak dapat membunuh semua mikroorganisme tetapi apabila air dididihkan secara berulang-ulang sampai lima kali dan setiap air mendidih

10

istirahat berlangsung 1 menit akan sangat berhasil membunuh kuman. Oleh karena dengan pemanasan secara terputus – putus, lingkaran hidup pembentukan spora dapat diputuskan. e) Metode Inceneration (Pembakaran Langsung) Metode pembakaran langsung adalah pemanasan bahan yang akan disterilkan dengan cara membakar secara langsung. Metode pembakaran kurang efektif karena selama proses pembakaran langsung dapat merusak alat-alat yang disterilkan. Alat-alat platina, krome yang akan disterilkan dapat dilakukan melalui pembakaran secara langsung pada nyala lampu bunzen hingga mencapai merah padam. Hanya saja dalam proses pembakaran langsung, alat-alat tersebut lama kelamaan menjadi rusak. Keuntungannya adalah mikroorganisme akan dimatikan. f) Metode Penyaringan (Filtration) Metode penyaringan yang dilakukan berbeda dengan metode pemanasan.

Sterilisasi

dengan

metode

pemanasan

dapat

membunuh mikroorganisme sedangkan mikroorganisme yang mati tetap berada pada material tersebut, berbeda dengan sterilisasi menggunakan metode penyaringan mikroorganisme tetap hidup hanya dipisahkan dari material. Metode penyaringan hanya dipakai pada sterilisasi larutan gula, cairan seperti serum atau hasil sterilisasi produksi mikroorganisme. g) Metode Sterilisasi Basah Sterilisasi dengan metode basah menggunakan elemen sebagai pemanas yang akan menghasilkan temperatur berkisar antara 180°C – 210oC dalam waktu 10 – 30 menit. Pada metode sterilisasi basah bahan yang akan disterilkan akan terendam air. Metode sterilisasi basah adalah metode yang akan dijadikan penulis sebagai judul karya tulis ilmiah dengan temperatur 121oC dalam waktu 10 menit.

11

2.1.2.2. Sterilisasi Secara Kimia Sterilisasi secara kimia merupakan suatu proses sterilisasi dengan menggunakan bahan-bahan kimia. Pada sterilisasi metode secara fisik, zat kimia yang biasanya digunakan adalah alkohol 96%, Aceton tab formalin, Sulfur dioxide dan Chlorin. Materi yang akan disterilkan, dibersihkan terlebih dahulu kemudian direndam dalam alkohol atau acetone atau tab formalin selama ± 24 jam. 2.1.3. Sterilisator Uap Sterilisator uap merupakan alat yang berfungsi untuk mensterilkan bahan dengan menggunakan media uap air yang bertekanan dengan cara meletakkan bahan yang akan disterilkan di atas lempengan saringan dan tidak mengenai air. Contoh dari sterilisator uang digambarkan pada gambar 2.1.

Gambar 2.1. Sterilisator Uap HV-25L 24 Pengoperasian pada alat sterilisator uap pada gambar 2.1 dilakukan melalui beberapa tahap, yaitu : 1. Pengisian air distilasi Mula-mula tutup kran pembuangan air dan kran pembuangan uap, kemudian tuangkan air distilasi ke dalam chamber. 2. Penempatan bahan yang akan disterilkan dan pemanasan Masukkan drum sterilisasi yang berisi bahan ke dalam chamber. Tutup pintu, kencangkan semua klem pengunci dan tutup kran udara. Aktifkan alat dan saat pemanasan dimulai maka air akan

4

“Sterilisator uap” http://images.google.co.id/images?gbv=2&um=1&hl=id&q=@HMCEurope+GmbH+HV-25L

12

memanas hingga pada saat suhu 100°C maka didalam chamber akan terjadi uap air. 3. Peningkatan tekanan Dengan pemanasan air yang terus menerus maka uap yang dihasilkan semakin banyak dan uap tidak bisa keluar sehingga tekanan didalam chamber bertambah yang dapat diketahui melalui presure gauge. Sistem pengaman pada alat pemanasan uap terdiri dari : a. Segi elektrik Apabila suhu uap yang dihasilkan dari pemanasan air melebihi suhu settingan, maka pada alat pemanas secara otomatis akan memutuskan arus pada rangkaian heater, sehingga pemanasan akan berhenti dan produksi uap air akan berhenti. b. Segi mekanik Saat tekanan air dalam chamber melebihi batas maksimal tekanan yang telah ditentukan akibat pemanasan terus menerus, maka klep pengaman pada alat pemanas akan membuang uap lebih ke luar chamber sehingga chamber aman dari bahaya ledakan. 4. Tahapan sterilisasi Apabila temperatur dan tekanan sudah tercapai sesuai dengan kriteria sterilisasi maka proses sterilisasi dimulai. 5. Tahapan pengeringan Buka kran pembuangan uap sampai presure gauge menunjuk angka 0, buka kran udara dan lepaskan semua klem pengunci. Buang air sisa dengan membuka kran pembuangan.

2.2. Landasan Teori 2.2.1. Perangkat Pengindera (Sensing) Sensor ialah piranti yang dapat mengubah suatu nilai (isyarat/energi) fisik ke suatu nilai fisik yang lain yang mana menghubungkan antara fisik

13

nyata dan industri electric serta piranti elektronika5. Sensor merupakan sebuah piranti yang dapat bergerak bila digerakkan oleh suatu energi yang terdapat dalam sebuah sistem transmisi dapat menyalurkan energi dalam bentuk yang sama ataupun dalam bentuk yang berlainan ke dalam sistem transmisi kedua. Perangkat pengindera atau sensor digunakan oleh perangkat untuk membaca keadaan lingkungan disekitar sistem6. Secara garis besar sensor terbagi menjadi dua golongan, yaitu sensor yang bersifat non-kontak seperti proximity sensor, sensor panas ataupun sensor suhu dan yang bersifat kontak seperti limit switch. Pada sistem pembuatan Prototipe Sterilisator Pada Instrument Medis menggunakan LM 35 sebagai sensor suhu serta Op-Amp sebagai komparator. LM 35 difungsikan untuk merubah besaran suhu menjadi besaran listrik. Pengindera atau sensor merupakan komponen input yang akan diproses oleh mikrokontroler yang akhirnya mempengaruhi kerja output-outputnya. Contohnya adalah sebuah termistor bereaksi terhadap variasi temperatur, sebuah piezoelektrik bereaksi terhadap gelombang, sebuah mikropon bereaksi terhadap bunyi (suara) dan sebagainya. 2.2.1.1.

LM35 IC LM35 merupakan sensor suhu analog dengan rasio

perubahan 10mV setiap perubahan 1°C (10mV/°C), sensor suhu dalam derajat Celsius (°C). LM merupakan sebuah thermistor yang dipergunakan untuk merubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. Dimana IC LM35 mampu mendeteksi keadaan suhu disekitarnya dengan perubahan kenaikan 1°C, maka akan menaikkan tegangan keluaran sebesar 10mV/°C. Kenaikan tegangan tersebut bersifat linier terhadap perubahan suhu. IC LM35 dapat bekerja pada suhu -55°C sampai +150°C. Adapun simbol dari IC LM35 dapat dilihat pada gambar 2.2. hal 14.

5

Widodo Budiharto. Belajar Sendiri Membuat Robot Cerdas.Elex Media Komputindo. Jakarta. 2006. hal 41. 6 Fred G. Martin. Robotic Exploration. New Jersey USA, 2001, p.96.

14

Gambar 2.2. IC LM 35 sebagai sensor suhu7 Setiap kenaikan 1°C, bertambah 10mV, dan sebaliknya untuk penurunan suhu. Jika suhu 30 °C, tegangan keluaran IC LM35 = 0.3V Jadi, penguatan oleh Op-Amp menjadi 5x input = 1.5V dan nilai yang dibaca ADC0809: (1.5/5)*255 = 76.5 = 77 Sensor Suhu LM35 yang dipakai dalam penelitian berupa komponen elektronika yang memiliki nilai keakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain. LM35 juga memiliki keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kendali khusus serta tidak memerlukan penyetelan lanjutan. Meskipun tegangan sensor LM35 dapat mencapai 30 volt akan tetapi yang diberikan ke sensor hanyalah sebesar 5 volt, sehingga dapat digunakan dengan catu daya tunggal dengan ketentuan bahwa LM35 hanya membutuhkan arus sebesar 60 µA, dapat diartikan bahwa LM35 mempunyai kemampuan menghasilkan panas (self-heating) dari sensor yang dapat menyebabkan kesalahan pembacaan yang rendah yaitu kurang dari 0,5 ºC pada suhu 25 ºC . Adapun IC LM 35 mempunyai spesifikasi antara lain : 1. Kalibrasi langsung dalam derajat Celsius (°C). 2. Keluarannya linier 10 mV °C. 3. Kepekaan atau sensitifitas 0,25°C (¼ °C). 7

National Semiconductor Data Sheet, 1994

15

4. Jangkauan maksimal suhu antara -55 °C sampai +150 °C. 5. Bekerja antara tegangan 4 sampai 30 Volt. 6. Aliran arus yang digunakan tidak lebih dari 60µA (mikro ampere). 7. Impedansi output 0,1Ω (ohm) pada beban 1mA (mili ampere). 2.2.2. Mikrokontroler Mikrokontroler8 ialah salah satu jenis komponen elektronika digital yang memiliki masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus. Secara sederhana, Mikrokontroler bekerja hanya untuk membaca dan menulis data. Mikrokontroler merupakan komputer didalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik atau dengan kata lain sering disebut "pengendali kecil". Dimana sebuah sistem elektronik yang sebelumnya banyak memerlukan komponenkomponen pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat direduksi/diperkecil dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler. Dengan penggunaan mikrokontroler AVR ATmega 8535 maka : 1.

Sistem elektronik akan menjadi lebih ringkas.

2.

Rancang bangun sistem elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar dari sistem adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi.

3.

Pencarian gangguan lebih mudah ditelusuri karena sistemnya yang saling berkaitan (kompak).

8

“pengertian Mikrokontroler” http://www.kelas-mikrokontrol.com/

16

Namun demikian, tidak sepenuhnya mikrokontroler bisa mereduksi komponen IC TTL dan CMOS, yang seringkali masih diperlukan untuk aplikasi kecepatan tinggi atau sekedar menambah jumlah saluran masukan dan keluaran (I/O). Dengan kata lain, mikrokontroler adalah versi mini atau mikro dari sebuah komputer. Mikrokontroler sudah mengandung beberapa periferal yang langsung bisa dimanfaatkan, misalnya port paralel, port serial, komparator, konversi digital ke analog (DAC), konversi analog ke digital dan sebagainya hanya menggunakan sistem minimum yang tidak rumit atau kompleks. Secara teknis, terdapat 2 jenis mikrokontroler yakni RISC dan CISC dan masing-masing mempunyai keturunan/keluarga sendiri-sendiri. RISC kependekan dari Reduced Instruction Set Computer yakni instruksi terbatas tapi memiliki fasilitas yang lebih banyak. Berbeda dengan CISC, CISC kependekan dari Complex Instruction Set Computer ialah instruksi bisa dikatakan lebih lengkap tapi dengan fasilitas secukupnya. Beberapa yang tergolong dari keluarga mikrokontroler ialah keluarga Motorola dengan seri 68xx, keluarga MCS51 yang diproduksi Atmel, Philip, Dallas, keluarga PIC dari Microchip, Renesas, Zilog. Masing-masing keluarga juga masih terbagi lagi dalam beberapa tipe. Jadi sulit sekali untuk menghitung jumlah mikrokontroler. 2.2.2.1. Mikrokontroler AVR ATmega 8535 Mikrokontroler adalah IC yang dapat diprogram secara berulang kali, baik ditulis atau dihapus (Agus Bejo, 2007). Mikrokontroler sering kali digunakan untuk pengontrolan otomatis dan manual pada perangkat elektronika. Sebagai sistem kontrol, mikrokontroler sering digunakan dalam melakukan pengontrolan system yang dibentuk. Seiring perkembangan

elektronika,

mikrokontroler

dirancang

semakin

canggih dan ditunjang dengan bahasa pemrograman yang juga ikut berubah. Salah satunya ialah mikrokontroler AVR (Alf and Vegard’s

17

Risc processor) ATmega 8535 yang tergolong

teknologi RISC

(Reduce Instruction Set Computing). Dengan teknologi RISC program berjalan lebih cepat karena hanya membutuhkan satu siklus clock untuk mengeksekusi satu instruksi program. Secara umum, AVR dikelompokkan menjadi 4 kelas, yakni kelas ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATmega, dan AT86RFxx. Hal yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral, dan fungsinya. Untuk segi arsitektur dan instruksi yang digunakan, kesemua kelas tersebut bisa dikatakan hampir sama. Mikrokontroler AVR ATmega 8535 memiliki fitur yang cukup lengkap. Mikrokontroler AVR ATmega 8535 sudah dilengkapi dengan ADC internal, EEPROM internal, Timer/Counter, PWM, analog comparator (M.Ary Heryanto, 2008). Ditunjang oleh fasilitas yang lengkap pada Mikrokontroler keluarga AVR, memudahkan pengguna Mikrokontroler keluarga AVR untuk mengenal dan mengembangkan

kreativitas

dalam

penggunaan

mikrokontroler

ATmega 8535. Mikrokontroler ATmega 8535 adalah salah satu AVR produk Atmel yang mudah didapatkan serta harga yang lebih murah ketimbang mikrokontroler lainnya. Mikrokontroler AVR (Alf and Vegard’s Risc Prosesor) terdapat arsitektur RISC 8 bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16bit (16-bits word) dan sebagian besar intruksi dieksekusi dalam 1 (satu) siklus clock, berbeda dengan intruksi MCS 51 yang membutuhkan 12 siklus clock. Hal tersebut terjadi karena kedua jenis mikrokontroler tersebut memiliki arsitektur yang berbeda. AVR berteknologi RISC (Reduced Instruction Set Computing), sedangkan seri MCS 51 berteknologi CISC (Complex Instruction

Set

Computing)9. Gambar 2.3. hal 18 menjelaskan bentuk fisik IC AVR ATmega 8535 serta sistem minimum pada AVR ATmega 8535.

9

Lingga Wardhana. Mikrokontroler AVR Seri ATmega 8535 Simulasi, Hardware, dan Aplikasi, Yogyakarta : ANDI. 2006.hal 1.

18

(a)

(b)

Gambar 2.3. (a). IC AVR ATmega 8535 dan (b). Sismin AVR ATmega 8535 ATmega 8535 dengan teknologi RISC memiliki kecepatan maksimal 16MHz yang membuat ATmega 8535 lebih cepat bila dibandingkan dengan varian MCS 51. Dengan fasilitas yang lengkap yang terdapat pada mikrokontroler ATmega 8535 tersebut menjadikan ATmega 8535 sebagai mikrokontroler yang powerfull. Secara umum, penggunaan ATmega 8535 sebagai pengendali pada sistem elektronik pada penelitian adalah karena AVR ATmega 8535 memiliki

kelebihan

dibanding

dengan

mikroprosesor.

Pada

mikroprosesor, arsitektur perangkat kerasnya terdiri dari chip CPU yang memiliki ROM/flash memory, RAM, interface serial/paralel, timer, sistem interrupt. Sedangkan pada mikrokontroler hanya terdiri dari single Chip CPU. 2.2.2.2. Arsitektur ATmega 8535 Arsitetur yang dimiliki oleh mikrokontroler ATmega 8535 adalah sebagai berikut10: a. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, dan Port D. b. ADC 10 bit sebanyak 8 saluran. c. Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan perbandingan. d. CPU yang terdiri atas 32 buah Register. e. Watchdog Timer dengan osilator internal.

10

Lingga Wardhana, Mikrokontroler AVR Seri ATmega 8535 Simulasi, Hardware, dan Aplikasi, (Yogyakarta : ANDI, 2006),hal.3

19

f. SRAM sebesar 512 byte. g. Memory Flash sebesar 8 kb dengan kemampuan Read While Write. h. Unit interupsi internal dan eksternal. i. Port antar muka SPI. j. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi. k. Antarmuka komparator analog. l. Port USART untuk komunikasi serial. Pada gambar 2.4 menjelaskan keseluruhan arsitektur yang terdapat pada mikrokontroler AVR ATmega 8535. Sedangkan pada gambar 2.5 hal 20 menunjukkan blok diagram pada mikrokontroler AVR ATmega 8535.

Gambar 2.4. Arsitektur Mikrokontroler AVR ATmega 8535

20

Gambar 2.5. Blok Diagram Mikrokontroler AVR ATmega 8535 (data sheet AVR ATmega 8535) 2.2.2.3. Fitur ATmega 8535 Fitur ataupun kapabilitas yang dimiliki ATmega 8535 sebagai berikut11: a. Sistem mikroprosesor 8 bit berbasisi RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz. b. Kapabilitas memory flash 8 KB, SRAM sebesar 512 byte, dan EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 512 byte. c. ADC internal dengan fidelitas 10 bit sebanyak 8 channel. d. Portal komunikasi serial (USART) dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps. e. Enam pilihan mode sleep menghemat penggunaan daya listrik.

11

Lingga Wardhana, Mikrokontroler AVR Seri ATmega 8535 Simulasi, Hardware, dan Aplikasi, (Yogyakarta : ANDI, 2006),hal.3.

21

2.2.2.4. Konstruksi ATmega 8535 Terdapat 3 jenis memori pada mikrokontroler ATmega 8535, yakni memori program, memori data dan memori EEPROM.12 1. Memori program ATmega 8535 memiliki kapasitas memori progam sebesar 8 Kbyte yang terletak pada alamat 0000h – 0FFFh. Masing-masing alamat memiliki lebar data 16 bit. Memori program terbagi menjadi 2 bagian yakni bagian program boot dan bagian program aplikasi. 2. Memori data ATmega 8535 memiliki kapasitas memori data sebesar 608 byte. Terbagi menjadi 3 bagian yaitu register serba guna, register I/O dan SRAM. ATmega 8535 memiliki 32 byte register serba guna, 64 byte register I/O yang dapat diakses sebagai bagian dari memori RAM (menggunakan instuksi LD atau ST) atau dapat juga diakses sebagai I/O (menggunakan instruksi IN atau OUT), dan 512 byte digunakan untuk memori data SRAM. 3. Memori EEPROM ATmega 8535 mempunyai memori EEPROM sebesar 512 byte yang terpisah dari memori program maupun memori data. Memori EEPROM

hanya dapat diakses menggunakan register-register I/O

yaitu register EEPROM Address, register EEPROM Data, dan register EEPROM Control. Serial Peripheral Interface (SPI) adalah salah satu mode komunikasi serial syncrhronous kecepatan tinggi yang dimiliki

oleh

ATmega

8535.

Universal

Syncrhronous

and

Asyncrhronous Serial Receiver and Transmitter (USART) juga salah satu mode komunikasi serial yang dimiliki oleh ATmega 8535. USART adalah satu bentuk komunikasi yang memiliki fleksibilitas tinggi, yang dapat digunakan untuk melakukan transfer data baik antar mikrokontroler maupun

12

Mahasiswa/staf pengajar Univesitas Sumatera Utara

22

dengan modul-modul eksternal termasuk PC yang memiliki fitur UART. USART memungkinkan transmisi data baik secara syncrhronous maupun asyncrhronous, sehingga dengan memiliki USART pasti kompatibel dengan UART. ATmega 8535, secara umum pengaturan mode

syncrhronous

maupun

asyncrhronous

adalah

sama.

Perbedaannya hanyalah terletak pada sumber clock. Jika pada mode asyncrhronous masing-masing peripheral memiliki sumber clock sendiri, maka pada mode syncrhronous hanya terdapat satu sumber clock yang digunakan secara bersama-sama. Maka, secara hardware untuk mode asyncrhronous hanya membutuhkan 2 pin yaitu TXD dan RXD, sedangkan untuk mode syncrhronous harus 3 pin yaitu TXD, RXD dan XCK. 2.2.2.5 . Konfigurasi Pin Mikrokontroler AVR ATmega 8535 Konfigurasi mikrokontroler AVR ATmega 8535 atau pin out memiliki 40 buah pin DIP (Dual Inline Package), susunan konfigurasi pin Mikrokontroler AVR ATmega 8535 dapat dilihat pada gambar 2.6.

Gambar 2.6. Konfigurasi Pin Mikrokontroler AVR ATmega 8535.

23

Adapun penjelasan mengenai fungsi dari tiap-tiap pin (kaki) yang ada pada mikrokontroler ATmega 8535 yang terlihat dari gambar 2.6 hal 22 adalah13 : a. VCC

: (Pin 10) merupakan pin yang

berfungsi sebagai pin masukan catudaya. b. GND

: (Pin 11) merupakan pin ground.

c. Port A (PA0 s.d. PA7)

: (Pin 33-40) merupakan pin I/O dua

arah (bi-directional) dan pin masukan ADC. d. Port B (PB0 s.d. PB7)

: (Pin 1-8) merupakan pin I/O dua

arah dan pin fungsi khusus, yaitu timer/counter, komparator analog, dan SPI. e. Port C (PC0 s.d. PC7)

: (Pin 22-29) merupakan pin I/O dua

arah dan pin fungsi khusus, yaitu TWI, komparator analog, dan Timer Oscilator. f. Port D (PD0 s.d. PD7)

: (Pin 14-21) merupakan pin I/O dua

arah dan pin fungsi khusus, yaitu komparator analog, interupsi eksternal, dan komunikasi serial. g. Reset

merupakan

pin

yang

digunakan

untuk

me-reset

mikrokontroler. h. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal. i. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC j. AREF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC. Untuk dapat memprogram mikrokontroler dapat menggunakan bahasa assembler ataupun bahasa tingkat tinggi ialah bahasa C. Bahasa-bahasa yang digunakan dalam memprogram mikrokontroler memiliki

keunggulan

tersendiri.

Untuk

bahasa

assembler

keungulannya ialah dapat diminimalisasi penggunaan memori program sedangkan pada bahasa C menawarkan kecepatan dalam pembuatan program. Bahasa assembler dapat ditulis dengan menggunakan text editor setelah itu dapat dikompilasi dengan

13

Lingga Wardhana, Mikrokontroler AVR Seri ATmega 8535 Simulasi, Hardware, dan Aplikasi, (Yogyakarta : ANDI, 2006),hal.3.

24

menggunakan tool tertentu, misalnya asm51 untuk MCS51 dan AVR Studio untuk AVR. Fungsi Khusus Port B dan Port C ditunjukkan Tabel 2.1 dan Tabel 2.2. Sedangkan fungsi khusus Port D dapat dilihat pada tabel 2.3 hal 25. Tabel 2.1. Fungsi Khusus Port B

Tabel 2.2. Fungsi Khusus Port C

25

Tabel 2.3. Fungsi Khusus Port D

2.2.2.6 Sistem Minimum AVR ATmega 8535 Sistem minimum (sismin) pada mikrokontroler adalah suatu bentuk rangkaian elektronik minimum yang dibutuhkan untuk beroperasinya IC mikrokontroler. Dimana sismin dapat dihubungkan dengan rangkaian lain untuk menjalankan fungsi tertentu. Pada keluarga mikrokontroler AVR, seri ATmega 8535 adalah salah satu jenis mikrokontroler yang sangat banyak digunakan14. Untuk dapat membuat suatu bentuk rangkaian sismin AVR ATmega 8535, dibutuhkan beberapa komponen antara lain: 1. IC mikrokontroler ATmega 8535. 2. 1 XTAL 4 MHz atau 8 MHz (XTAL1). 3. 3 kapasitor kertas yaitu dua 22 pF (C2 dan C3) serta 100 nF (C4). 4. 1 kapasitor elektrolit 4.7 uF (C12) 2 resistor yaitu 100 ohm (R1) dan 10 Kohm (R3) . 5. 1 tombol reset pushbutton (PB1).

14

Jakarta : Prasimax

26

Selain komponen tersebut diperlukan power supply yang dapat memberikan tegangan pada sistem minimum ATmega 8535 yakni sebesar 5V DC. Gambar Rangkaian sistem mininum mikrokontroler AVR ATmega 8535 ditunjukkan pada gambar 2.7.

Gambar 2.7. Rangkaian sistem minimum mikrokontroler AVR ATmega 8535 2.2.3. Pemrograman AVR ATmega 8535 Dalam melakukan pemrograman mikrokontroler ATmega 8535 dapat menggunakan low level language (assembly) dan high level language (C, Basic, Pascal, JAVA,dll) tergantung compiler

yang akan

digunakan. Pada penggunaan bahasa Assembler mikrokontroler AVR memiliki kesamaan instruksi, sehingga jika melakukan pemprograman pada satu jenis mikrokontroler AVR sudah dikuasai, maka akan dengan

mudah

menguasai

pemrograman

keseluruhan

pada

mikrokontroler jenis mikrokontroler AVR. Akan tetapi, bahasa assembler relatif lebih sulit dipelajari dari pada bahasa C. 2.2.3.1. Pemrograman Bascom AVR BASCOM AVR adalah program Basic Compiler berbasis Windows untuk mikrokontroler keluarga AVR seperti ATtiny, AT90Sxx, ATMega, dan AT86RFxx. BASCOM AVR merupakan pemrograman dengan bahasa tingkat tinggi Basic yang dikembangkan dan dikeluarkan oleh MCS Electronics.

27

Bahasa Basic digunakan untuk mempermudah memprogram mikrokontroler karena Bahasa Basic merupakan bahasa tingkat tinggi sehingga mudah dipahami jika dibandingkan dengan Bahasa Assembly. Fitur dari BASCOM AVR

mempunyai banyak

pernyataan-pernyataan dan karakter-karakter seperti: Input, LCD, $Crystal,

Delay, Output.

Yang berguna

untuk

memprogram

mikrokontroler. Tampilan awal Bascom AVR terlihat pada gambar 2.8.

Gambar 2.8. Tampilan Bascom AVR 2.2.4. Relay Relay ialah suatu komponen elektrik yang memiliki fungsi sebagai switching atau saklar untuk menghubungkan suatu bagian rangkaian dengan rangkaian yang lain. Dengan memanfaatkan elektromagnetik yang terjadi pada suatu kumparan ketika dialiri arus suatu relay dapat bekerja. Sebuah relay terdiri dari satu inti magnet, lilitan yang mengitari inti magnet, terminal common, terminal normally close (NC), dan terminal normally open (NO). Saat lilitan tidak mendapat supply maka tidak ada arus yang mengalir pada lilitan sehingga tidak ada medan magnet yang terjadi pada inti besi. Kontaktor relay berada pada kondisi awal, dimana menghubungkan terminal common dengan terminal normally close. Pada saat lilitan mendapat supply, maka terjadi medan magnet

28

pada

inti

besi

yang

menyebabkan

tertariknya

kontaktor

sehingga

menghubungkan terminal common dengan terminal normally open. Pada gambar 2.9. memperlihatkan konstruksi sebuah relay dengan sepasang kontaktor normally close (NC) dan normally open (NO).

Gambar 2.9. Konstruksi Relay

Penggunaan relay perlu memperhatikan tegangan pengontrolnya serta kekuatan relay men-switch arus/tegangan. Biasanya ukurannya tertera pada body relay. Misalnya relay 12VDC/4 A 220V, artinya tegangan yang diperlukan sebagai pengontrolnya adalah 12Volt DC dan mampu men-switch arus listrik (maksimal) sebesar 4 ampere pada tegangan 220 Volt. Susunan kontak pada relay adalah: Normally Open : Relay akan menutup bila dialiri arus listrik. Normally Close : Relay akan membuka bila dialiri arus listrik. Changeover

: Relay memiliki kontak tengah yang akan

melepaskan diri dan membuat kontak lainnya berhubungan.

2.2.5. LCD (Liquid Crystal Display) Liquid Crystal Display adalah salah satu bentuk keluaran yang paling jelas dan mudah dimengerti. LCD adalah suatu bentuk kristal cair yang dapat berubah intensitas kegelapannya saat dialiri arus listrik. Dengan menyusun titik-titik tersebut pada suatu bidang, maka dapat terbentuk berbagai tulisan atau gambar pada bidang tersebut. Pada LCD yang sederhana, setiap titiknya

29

hanya dapat menampilkan 2 jenis intensitas saja, gelap atau terang, yang lebih canggih dapat menampilkan gradasi dari terang ke gelap bahkan berbagai warna. Umumnya, terdapat dua jenis LCD, yaitu grafik dan teks. LCD grafik terdiri atas sekumpulan titik-titik yang dapat diatur secara terpisah intensitasnya sehingga dapat menampilkan berbagai gambar. Pengendalian LCD grafik membutuhkan mikrokontroler yang lebih canggih dikarenakan tiap-tiap titik harus diatur sendiri-sendiri. Jenis yang kedua adalah LCD teks. Sesuai dengan namanya, LCD teks dikhususkan untuk menampilkan teks tanpa harus mengatur masing-masing titik pada LCD jenis teks. LCD teks biasanya memiliki prosesor terintegerasi didalamnya, sehingga memudahkan dalam penggunaan dengan cukup mengirimkan kode ASCII pada karakter yang bersangkutan. LCD teks umumnya memiliki 1- 2 baris, ada yang mencapai 4 bahkan 8 baris namun jarang ditemui, dengan masing-masing baris terdiri atas 8, 16 atau 20 karakter. LCD memiliki 16 pin.

Konfigurasi pin-pin LCD dapat dilihat pada gambar 2.10 dan fungsi dari pin-pin LCD dapat dilihat pada tabel 2.4 hal 30.

Gambar 2.10. Konfigurasi pin LCD 16 karakter x 2 baris

30

Tabel 2.4. Konfigurasi pin LCD

1. Pin 1 merupakan common ground dari LCD dan chip pengendalinya. Pin harus dihubungkan ke GND dari catu daya yang digunakan. 2. Pin 2 merupakan supply daya ke LCD. Tegangannya dapat diatur untuk mengubah kontras dari LCD. 3. Pin 3 merupakan supply daya ke chip pengendali LCD. 4. Pin 4 adalah pin untuk memilih register yang dituju, apakah register data maupun register instruksi. 5. Pin 5 untuk memilih arah aliran data. 6. Pin 6 adalah pendetakan pengiriman data. 7. Pin 7 - 14 adalah pin data. 8. Pin 15 dan 16 merupakan catu daya untuk LED backlight. A. Register Pengendali LCD memiliki 2 buah register. Pertama register data dan register instruksi. Register data berfungsi untuk menampung sementara data yang akan dikirimkan ke DD RAM maupun ke CG RAM. Sementara register instruksi menyimpan instruksi yang dikirimkan ke LCD seperti clear, mengganti jenis cursor.

31

Modul display LCD sudah dilengkapi dengan sebuah kontroller yang memiliki dua register 8 bit yaitu instruction register (IR) dan data register (DR). IR menyimpan kode instruksi, seperti display clear, cursor shift dan informasi address untuk display data RAM (DDRAM) dan character generator (CGRAM). Kode intruksi pada LCD dapat dilihat pada tabel 2.5. Tabel 2.5. Kode Instruksi LCD

B. Address Counter AC adalah penunjuk alamat memori baik di DD RAM maupun CG RAM. Address counter dapat diubah secara spesifik melalui instruksi atau akan terincrement (terdecrement) secara otomatis pada setiap instruksi penulisan (pembacaan) ke DD RAM atau CG RAM.

C. Display Data RAM DD RAM merupakan tempat penyimpanan data karakter yang akan di display di LCD. Tiap karakter disimpan dalam bentuk data 8 bit. DD RAM memiliki kapasitas 80 karakter atau 80 x 8 bit. Berikut adalah peta memorinya. Dijelaskan pada tabel 2.6. Tabel 2.6. Posisi address DDRAM

D. Busy Flag (BF) Busy flag = 1 saat kontroler sedang mengerjakan instruksi, selama instruksi tersebut belum selesai dikerjakan, kontroler tidak akan menerima instruksi apapun. Ketika RS=0 dan R/W=1, busy flag mengeluarkan logika 1 pada DB7. Instruksi berikutnya akan siap diterima ketika busy flag = 0.

32

E. Character Generator ROM (CGROM) CGROM akan menghasilkan karakter dengan format 5x8 dot atau 5x10 dot. Lihat tabel 2.7 dan tabel 2.8 hal 33 menjelaskan hubungan CGRAM address, DDRAM, dan pola karakter. Tabel 2.7. Pola Karakter CGROM

F. Character Generator RAM (CGRAM) Dengan CGRAM, user dapat membuat sendiri format karakter yang diinginkan. Untuk format 5x8 dot bisa dibuat 8 karakter, untuk format 5x10 dapat dibuat 4 karakter. Lihat tabel 2.8 hal 41.

33

Tabel 2.8. Hubungan CGRAM address, DDRAM, dan pola karakter

2.2.6. Transistor Sebagai Saklar Transistor merupakan komponen aktif elektronik yang terbuat dari bahan semi konduktor (germanium dan silikon) yang terdiri dari tiga bagian pin yaitu basis, kolektor, dan emitor. Dalam aplikasinya penulis menggunakan transistor sebagai saklar. Transistor sebagai saklar tertutup bila berada pada

34

daerah saturasi dan menjadi saklar terbuka bila transistor dalam keadaan cut off (tersumbat)15. Menurut jenisnya transistor dibedakan menjadi dua, jenis PNP dan jenis NPN yang dijelaskan pada gambar 2.11 NPN C

E B

E

C

PNP

B

Gambar 2.11. Symbol Transistor

Simbol Transistor dapat disamakan dengan dua buah dioda yang dipasang secara bertolak belakang, karena transistor mempunyai dua buah junction, yang pertama adalah antara emitor dengan basis dan yang kedua adalah antara basis dengan kolektor. Untuk dapat mengetahui dimana daerah kerja transistor, maka dibuatlah garis beban pada grafik daerah kerja transistor. Garis beban yang dibuat untuk memotong sumbu vertikal IC dan sumbu horizontal VCE Untuk membuat transistor dapat bekerja, maka transistor harus mendapat tegangan bias pada basisnya. Tegangan basis tersebut besarnya sekitar 0,7 Volt untuk transistor dari bahan silikon dan 0,3 Volt untuk transistor dari bahan Germanium. Karena transistor tersebut dari jenis bahan yang berbeda, maka tegangan bias basis pada transistor harus disesuaikan dengan jenis transistornya. Adapun garis beban DC transistor yang beroperasi diperlihatkan pada gambar 2.12 hal 35.

15

Albert Paul Malvino Prinsip-prinsip dasar elektronika edisi ketiga, 1996

35

Ic Cut

Saturasi Q Ib > Ib SAT

Vcc Rc

Ib = Ib SAT

Ib

Cut Off Ib = 0

Vce = Vcc

Vcc

Gambar 2.12. Garis Beban DC Daerah Kerja Transistor. Garis beban memotong sumbu vertikal pada

Vcc yang akan Rc

memotong sumbu horizontal pada Vce, garis beban juga menyatakan sumbu titik operasi pada transistor. Garis beban yang mengenai kurva Ib = Ib (sat) dan Vce = 0 Volt merupakan daerah saturasi transistor, sedangkan garis beban yang mengenai kurva Ib = 0 dan Vce = Vcc adalah daerah cut off transistor. Syarat untuk menggunakan transistor sebagai saklar adalah daerah kerjanya transistor harus berada pada daerah jenuh (saturasi) dan daerah tersumbat (cut off). Transistor sebagai saklar mempunyai dua kondisi yang bergantian yaitu kondisi “tertutup” pada saat saturasi dan kondisi “terbuka” pada saat cut off. Garis beban yang mengenai kurva IB = IB (sat) dan VCE = 0 V merupakan daerah saturasi transistor, sedangkan garis beban yang mengenai kurva IB = 0 dan VCE = VCC adalah daerah cut off transistor. 2.2.6.1. Transistor Dalam Keadaan Saturasi Pada transistor jenis NPN, apabila dioda basis-emiter mendapat forward bias dan dioda basis-kolektor juga mendapat forward reverse, maka arus dapat mengalir dari kolektor menuju ke emitor, itu berarti transistor berada dalam daerah saturasi dan VCE,

36

atau tegangan antara kolektor dengan emiter dapat dianggap nol seperti sebuah saklar tertutup. Pada gambar 2.13 dijelaskan rangkaian transistor pra tegangan basis dalam keadaan saturasi. RC

RB

VCB VCE

VBE

VCC

VBB

Gambar 2.13. Rangkaian Transistor Pra Tegangan Basis Dalam Keadaan Saturasi. Besarnya arus yang mengalir menuju kolektor saat saturasi : Karena VCE = 0, maka besarnya arus kolektor dapat dinyatakan :

IC =

VCC RC

2.2.6.2. Transistor Dalam Keadaan Cut off Pada transistor jenis NPN, apabila basis lebih negatif dari emiter maka arus tidak akan mengalir dari kolektor menuju ke emitor. Transistor berada dalam daerah cut off dan dapat dianggap sebagai saklar terbuka. Tegangan antara kolektor dan emitor saat cut off, yakni :

IC =

VCC − VCE RC

IC dapat diabaikan, maka dapat diketahui tegangan antara kolektor dan emitor adalah,

VCE –VCC, gambar 2.14 hal 37

menjelaskan transistor pra tegangan basis dalam keadaan cut-off.

37

RC

RB

VCB VCE VBE VC C

VB B

Gambar 2.14. Rangkaian Transistor Pra Tegangan Basis Dalam Keadaan Cut Off. 2.2.7. Buzzer Buzzer adalah sebuah komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah getaran listrik menjadi getaran suara. Pada dasarnya prinsip kerja buzzer hampir sama dengan loud speaker, jadi buzzer juga terdiri dari kumparan yang terpasang pada diafragma dan kemudian kumparan tersebut dialiri arus sehingga menjadi elektromagnet, kumparan tadi akan tertarik ke dalam atau keluar, tergantung dari arah arus dan polaritas magnetnya, karena kumparan dipasang pada diafragma maka setiap gerakan kumparan akan menggerakkan diafragma secara bolak-balik sehingga membuat udara bergetar yang akan menghasilkan suara. Buzzer digunakan sebagai indikator bahwa telah selesainya proses sterilisasi (alarm). Pada gambar 2.15. tampak bentuk dari buzzer.

(a) Simbol Buzzer

(b) Bentuk Buzzer

Gambar 2.15. a. Simbol buzzer, b. Bentuk Buzzer

2.2.8. Heater Heater adalah komponen atau elemen untuk menghasilkan panas atau kalor dari sumber listrik. Pada Penelitian menggunakan water heater. Sesuai dengan nama bahwa water heater digunakan untuk memanaskan cairan.