BAB II
LANDASAN TEORI
2.1.
Sensor Ultrasonik
Sensor ultrasonic adalah alat elektronika yang kemampuannya dapat mengubah dari energy mekanik dalam bentuk gelombang suara ultrasonic. Sensor ini terdiri dari rangkaian pemancar Ultrasonic yang dinamakan transmitter dan penerima ultrasonic yang disebut receiver. Alat ini digunakan untuk mengukur gelombang ultrasonic. Gelombang ultrasonic adalah gelombang mekanik yang memiliki ciri-ciri longitudinal dan biasanya memiliki frekuensi diatas 20 Khz.
Gelombang ultrasonic dapat merambat melalui zat padat, cair, maupun gas. Gelombang Ultrasonic adalah gelombang rambatan energi dan momentum mekanik sehingga merambat melalui ketiga element tersebut sebagai interaksi dengan molekul dan sifat enersia medium yang dilaluinya.
Ada beberapa penjelasan mengenai gelombang ultrasonic. Sifat dari gelombang ultrasonic yang melalui medium menyebabkan getaran partikel dengan medium aplitudo sama dengan arah rambat longitudinal sehingga menghasilkan partikel medium yang membentuk suatu rapatan atau biasa disebut Strain dan tegangan yang biasa disebut Strees. Proses lanjut yang menyebabkan terjadinya rapatan dan regangan di dalam medium disebabkan oleh getaran partikel secara periodik selama gelombang ultrasonic lainya.
Gelombang ultrasonic merambat melalui udara dengan kecepatan 344 meter per detik, mengenai obyek dan memantul kembali ke sensor ultrasonik. Seperti yang
5
6
telah umum diketahui, gelombang ultrasonik hanya bisa didengar oleh makhluk tertentu seperti kelelawar dan ikan paus. Kelelawar menggunakan gelombang ultrasonic untuk berburu di malam hari sementara paus menggunakanya untuk berenang di kedalaman laut yang gelap.
Frekuensi yang diasosiasikan dengan gelombang ultrasonik pada aplikasi elektronik dihasilkan oleh getaran elastis dari sebuah kristal kuarsa yang diinduksikan oleh resonans dengan suatu medan listrik bolak-balik yang dipakaikan (efek piezoelektrik). Kadang gelombang ultrasonik menjadi tidak periodik yang disebut derau (noise), dimana dapat dinyatakan sebagai superposisi gelombang-gelombang periodik, tetapi banyaknya komponen adalah sangat besar. Kelebihan gelombang ultrasonik yang tidak dapat didengar, bersifat langsung dan mudah difokuskan. Jarak suatu benda yang memanfaatkan delay gelombang pantul dan gelombang dating seperti pada sistem radar dan deteksi gerakan oleh sensor pada robot atau hewan.
2.1.1. Sejarah Penggunaan Sensor Ultrasonik
Perkembangan penggunaan ultrasonik di dalam berbagai bidang ini berawal dari ditemukannya cara mengukurjarak di dalam air
ilmu saat
menggunakan
gelombang suara. Pada saat itu dikenal dengan istilah “sonar” atau Sound Navigation and Ranging. Lazzaro Spallanzani, seorang ahli biologi Italia, sekitar tahun 1974 ia mendemonstrasikan kemampuan seekor kelelawar menentukan arah terbang dan mencari mangsa dalam gelap dengan menggunakan gelombang suara berfrekuensi tinggi ( ultrasonik).
Pada tahun 1826, Jean Daniel Colladon, seorang ahli fisika dari Swiss berhasil menggunakan sebuah alat yang dinamakan “underwater bell” Untuk mendeterminasi kecepatan suara dalam air di danau Geneva. Penemuan ini memacu para ahli fisika lainnya untuk meneliti dasar ilmu fisika mengenai getaran, transmisi, dan refraksi
7
gelombang suara. Tahun 1877 Lord Rayleigh asal Inggris
mengemukakan
the
Theory of Sound.
Sistem deteksi suara dalam air kemudian juga dikembangkan dan dimanfaatkan untuk kepentingan navigasi kapal selam selama perang dunia pertama berlangsung yang berawal dari penemuan hydrophone oleh seorang ahli fisika Perancis, Paul Langevin. Alat ini digunakan terutama setelah kejadian tenggelamnya kapal Titanic pada tahun 1912.
Penemuan radar (radio detection and ranging) pada tahun 1953 oleh Robert Watson-Watt juga menerapkan system kerja gelombang ultrasonic. Dimana penemuan tersebut tak lepas dari peranan penemuan alat detektor logam (Ultrasonic Metal Flaw Detector) pada tahun 1928 oleh Sergei Y. Sokolov, seorang ilmuwan Rusia. Alat ini juga digunakan untuk mengecek integritas lambung kapal laut dan lempeng baja pelindung tank.
Pada tahun 1929 dan 1935, Sokolov mempelajari penggunaan gelombang ultrasonik untuk mendeteksi objek logam. Mulhauser, pada tahuun 1931, mendapat paten menggunakan gelombang ultrasonik dengan dua transduser untuk mendeteksi kecacatan dan kelemahan dalam padatan pada logam. Secara umum sensor ultrasonik terdiri atas transmitter, receiver dan komparator. Berikut ini adalah penjelasan mengenai masing-masing bagian pada sensor ultrasonik.
2.1.2. Bagian Pada Sensor Ultrasonik
Dalam sensor ultrasonic ini terdapat beberapa bagian di dalam nya, yang berfungsi untuk merubah masukan dalam bentuk analog dan mengeluarkan keluaran berupa data dalam bentuk digital. Beberapa bagian tersebut adalah :
8
1.Piezoelektrik Peralatan piezoelektrik secara langsung mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Tegangan input yang digunakan menyebabkan bagian keramik meregang dan memancarkan gelombang ultrasonik. Tipe operasi transmisi elemen piezoelektrik sekitar frekuensi 32 kHz. Efisiensi lebih baik, jika frekuensi osilator diatur pada frekuensi resonansi piezoelektrik dengan sensitifitas dan efisiensi paling baik. Jika rangkaian pengukur beroperasi pada mode pulsa elemen piezoelektrik yang sama dapat digunakan sebagai transmitter dan reiceiver. Frekuensi yang ditimbulkan tergantung pada osilatornya yang disesuaikan frekuensi kerja dari masing-masing transduser. Karena kelebihannya inilah maka tranduser piezoelektrik lebih sesuai digunakan untuk sensor ultrasonik.
Sensor pizoelektrik terdiri dari bagian seperti housing, clip-type spring, crystal, dan seismic mass. Prinsipnya yakni ketika frekuensi energi akustikyang dipantulkan diterapkan, maka clip-type spring yang terhubung dengan seismic mass akan menekan crystal, karena energi akustik tersebut disertai oleh gaya luar sehingga crystal akan mengalami ekspansi dan kontraksi pada frekuensi tersebut. Ekspansi dan kontraksi tersebut mengakibatkan lapisan tipis antara crystal dengan housing akan bergetar. Getaran dari crystal tersebut akan menghasilkan sinyal berupa tegangan yang nantinya akan diteruskan keprosesor.
2. Transmitter Peralatan piezoelektrik secara langsung mengubah ultras listrik menjadi ultras mekanik. Tegangan input yang digunakan menyebabkan bagian keramik meregang dan memancarkan gelombang ultrasonic. Tipe operasi transmisi elemen piezoelektrik sekitar frekuensi 32 kHz. Efisiensi lebih baik, jika frekuensi osilator diatur pada frekuensi resonansi piezoelektrik dengan sensitifitas dan efisiensi paling baik. Jika rangkaian pengukur beroperasi pada mode pulsa elemen piezoelektrik yang sama dapat digunakan sebagai transmitter dan reiceiver. Frekuensi yang ditimbulkan tergantung pada osilatornya yang disesuiakan frekuensi kerja dari masing-masing
9
transduser. Karena kelebihannya inilah maka tranduser piezoelektrik lebih sesuai digunakan untuk sensor ultrasonic.
3. Receiver Receiver terdiri dari transduser ultrasonik menggunakan bahan piezoelektrik, yang berfungsi sebagai penerima gelombang pantulan yang berasal dari transmitter yang dikenakan pada permukaan suatu benda atau gelombang langsung LOS (Line of Sight) dari transmitter. Oleh karena bahan piezoelektrik memiliki reaksi yang reversible, elemen keramik akan membangkitkan tegangan listrik pada saat gelombang datang dengan frekuensi yang resonan dan akan menggetarkan bahan piezoelektrik tersebut.
Receiver terdiri dari transduser ultrasonik menggunakan bahan piezoelektrik, yang berfungsi sebagai penerima gelombang pantulan yang berasal dari transmitter yang dikenakan pada permukaan suatu benda atau gelombang langsung LOS (Line of Sight) dari transmitter. Oleh karena bahan piezoelektrik memiliki reaksi yang reversible, elemen keramik akan membangkitkan tegangan listrik pada saat gelombang datang dengan frekuensi yang resonan dan akan menggetarkan bahan piezoelektrik tersebut.
Saat ini penggunaan daripada sensor ultrasonik sendiri sangatlah luas dan banyak, adapun contoh dari aplikasi daripada sensor ultrasonik adalah pada pengukuran jarak. Apabila gelombang ultrasonik berjalan melalui sebuah medium maka secara matematis besarnya jarak dapat dihitung dengan mengunakan rumus
S = v.t / 2
Dimana S adalah jarak dalam satuan meter, v adalah kecepatan suara yaitu 340 m/detik dan t adalah waktu yang dibutuhkan untuk gelombang merambat dalam detik. Ketika gelombang ultrasonik menumbuk atau bertabrakan dengan suatu
10
penghalang maka sebagian gelombang akan dipantulkan sebagian lagi diserap dan yang sebagian yang lain diteruskan.
2.1.3. Jenis- Jenis Sensor Ultrasonik
1. Sensor Ultrasonik SRF04 SRF04
adalah
sensor
non-kontak
pengukur
jarak
menggunakan
ultrasonik.Prinsip kerja sensor ini adalah transmitter mengirimkan seberkas gelombang ultrasonik, lalu diukur waktu yang dibutuhkan hingga datangnya pantulan dari obyek. Lamanya waktu ini sebanding dengan dua kali jarak sensor dengan obyek, sehingga jarak sensor dengan obyek dapat ditentukan persamaan jarak = kecepatan_suara × waktu_pantul/2.
SRF04 dapat mengukur jarak dalam rentang antara 3 cm – 3 m dengan output panjang pulsa yang sebanding dengan jarak obyek. Sensor ini hanya memerlukan 2 pin I/O untuk berkomunikasi dengan mikrokontroler, yaitu TRIGGER dan ECHO. Untuk mengaktifkan SRF04 mikrokontroler mengirimkan pulsa positif melalui pin TRIGGER minimal 10 us, selanjutnya SRF04 akan mengirimkan pulsa positif melalui pin ECHO selama 100 us hingga 18 ms, yang sebanding dengan jarak obyek.
Gambar. 2.1 Sensor Ultrasonik SRF04
11
1. Sensor Ultrasonik SRF05 Sensor jarak SRF05 adalah sensor non- kontak pengukur jarak menggunakan ultrasonik. Prinsip kerja sensor ini adalah transmitter mengirimkan seberkas gelombang ultrasonic, lalu di ukur waktu yang dibutuhkan hingga datangnya pantulan dari obyek. Lamanya waktu ini sebanding dengan dua kali jarak sensor dengan obyek, sehingga jarak sensor dengan obyek dapat ditentukan persamaan jarak = kecepatan_suara × waktu_pantul/2.
SRF05 dapat mengukur jarak dalam rentang antara 3 cm – 4 m dengan output panjang pulsa yang sebanding dengan jarak obyek. Sensor ini hanya memerlukan 2 pin I/O untuk berkomunikasi dengan mikrokontroler, yaitu TRIGGER dan ECHO . Untuk mengaktifkan SRF05 mikrokontroler mengirimkan puulsa positif melalui pin TRIGGER minimal 10, selanjutnya SRF05 akan mengirimkan pulsa positif melalui pin ECHO selama 100 uS hingga 18 ms, yang sebanding dengan jarak obyek
2. Sensor Ultrasonik PING Sensor jarak ultrasonik Ping adalah sensor 40 Khz produksi parallax yang banyak digunakan untuk aplikasi atau kontes robot cerdas. Kelebihan sensor ini adalah hanya membutuhkan 1 sinyal (SIG) selain jalur 5V dan ground. Perhatikan gambar dibawah ini:
Gambar. 2.2 Sensor Ultrasonik PING
12
Gambar. 2.3 Instalasi Sensor Ultrasonik Ping
Sensor ini dapat mengukur jarak antara 3 cm sampai 300 cm. keluaran dari sensor ini berupa pulsa yang lebarnya merepresentasikan jarak. Lebar pulsanya bervariasi dari 115 uS sampai 18,5 mS. Pada dasanya, Ping))) terdiri dari sebuah chip pembangkit sinyal 40KHz, sebuah speaker ultrasonik dan sebuah mikropon ultrasonik. Speaker ultrasonik mengubah sinyal 40 KHz menjadi suara sementara mikropon ultrasonik berfungsi untuk mendeteksi pantulan suaranya.
Pin signal dapat langsung dihubungkan dengan mikrokontroler tanpa tambahan komponen apapun. Ping hanya akan mengirimkan suara ultrasonik ketika ada pulsa trigger dari mikrokontroler (Pulsa high selama 5uS). Suara ultrasonik dengan frekuensi sebesar 40KHz akan dipancarkan selama 200uS. Suara ini akan merambat di udara dengan kecepatan 344.424m/detik (atau 1cm setiap 29.034uS), mengenai objek untuk kemudian terpantul kembali ke Ping. Selama menunggu pantulan, Ping akan menghasilkan sebuah pulsa. Pulsa ini akan berhenti (low) ketika suara pantulan terdeteksi oleh Ping. Oleh karena itulah lebar pulsa tersebut dapat merepresentasikan jarak antara Ping dengan objek.
Untuk penjelasan atau prinsip aksesnya samadenganSRF04, hanya saja untuk sensor PING hanya memakai 3 pin, pin trigger sama echo digunakan dalam 1 pin,
13
sehingga dengan menggunakan sensor PING kita dapat menghemat penggunaan I/O mikrokontroler.
2.2
Lampu LED
LED atau singkatan dari Light Emitting Diode adalah salah satu komponen elektronik yang tidak asing lagi di kehidupan manusia saat ini. Sejak pertama kali ditemukan pada tahun 1993 oleh Shuji Nakamura dengan
lampu LED biru
komersialnya, membuat dunia teknologi elektronik mengalami sebuah revolusi dan membawanya pada upaya penghematan energi yang lebih baik. Hal ini lah yang membuat lampu LED saat ini sudah banyak di pakai, seperti untuk penggunaan lampu permainan anak-anak, untukrambu-rambu lalu lintas, lampu indicator peralatan elektronik atau untuk peralatan dibidang
industri,
lampu emergency,
televisi,
computer, pengeras suara (speaker), hard disk eksternal, proyektor, LCD, dan berbagai perangkat elektronik lainnya sebagai indikator bahwa sistem sedang berada dalam proses kerja, dan biasa nya berwarna merah atau kuning. Bahkan saati ini lampu LED ini mulai digunakan untuk lampu penerangan ruangan yang dahulu biasa menggunakan lampu pijar atau neon. LED ini banyak digunakan karena konsumsi daya yang dibutuhkan tidak terlalu besar dan beragam warna yang dapat memperjelas bentuk atau huruf yang akan di tampilkan dan banyak lagi. Pada dasarnya LED itu merupakan komponen elektronika yang terbuat dari bahan semi konduktor jenis diode yang mampu memancarkan cahaya. LED merupakan produk temuan lain setelah dioda. Strukturnya juga sama dengan diode, tetapi belakangan ditemukan bahwa electron yang menerjang P-N. Untuk mendapatkan emisi cahaya pada semikonduktor, doping yang pakai gallium, arsenic, dan phosphorus. Jenis doping yang berbeda menghasilkan cahaya yang berbeda pula.
14
Gambar 2.4 Lampu LED Keunggulannya antara lain konsumsi listrik rendah, tersedia dalam berbagai warna, murah dan umur panjang. Keunggulannya ini membuat LED digunakan secara luas sebagai indikator pada peralatan elektronik. Namun LED punya kelemahan, yaitu intensitas cahaya (Lumen) yang dihasilkannya termasuk kecil. Kelemahan ini membatasi LED untuk digunakan sebagai lampu penerangan. Namun beberapa tahun belakangan LED mulai dilirik untuk keperluan penerangan, terutama untuk rumahrumah dikawasan terpencil yang menggunakan listrik dari energy terbarukan (surya, angin, hydropower, dll). Alasannya sederhana, konsumsi listrik listrik LED yang kecil sesuai dengan kemampuan sistem pembangkit energi terbarukan yang juga kecil.
Gambar 2.5 Penggunaan LED Untuk Pencahayaan
15
Riset-riset mutakhir menunjukkan hasil yang menggembirakan.Kini LED mampu menghasilkan cahaya besar dengan konsumsi energi listrik (tetap) kecil.Berita terakhir adalah di temukan nya OLED (Organic LED) oleh para ilmuwan di University of Michigan dan Princeton University.Temuan ini suskses menghasilkan cahaya dengan intensitas 70 Lumen setiap 1 Watt listrik yang digunakan.Sebagai perbandingan, lampu pijar memancarkan 15 lumen per watt, dan lampu fluoroscent (misalnya lampu jantung) memancarkan 90 lumen per watt.Keunggulan LED dibanding lampu fluoroscent adalah ramah lingkungan, cahaya tajam, umur panjang, dan murah. Sebelum OLED ditemukan, persoalan yang dihadapi para ahli LED adalah rendah nya efisiensi LED. Bukan karena cahaya yang dihasilkan sedikit, tapi karena sekitar 80% cahaya terperangkap di dalam LED. Akhirnya sebagai solusi, disain OLED menggunakan kombinasi kisi dan cermin berukuran mikro, dimana tujuan nya adalah bekerja bersama-sama memandu cahaya yang terperangkap di dalam LED keluar. Stephen Forrest, seorang professor teknik elektro dan fisika di University of Michigan yang merupakan penemu OLED ini mengatakan bahwa kini kita bisa bersiap untuk mengganti pencahayaan di dalam bangunan dan rumah yang saat ini menggunakan lampu pijar atau fluoroscent dengan OLED.
2.2.1. Macam- Macam LED
Seperti kita ketahui saat ini bahwa teknologi dari LED ini telah berkembang dengan pesat nya, dan telah banyak jenis dan macam nya untuk di pergunakan di berbagai kebutuhan di dalam teknologi industri maupun di kebutuhan sehari-hari pada
masyarakat
umum.
Oleh
karena
perkembangan
teknologi
tersebut,
menyebabkan LED ini terbagi menjadi beberapa macam, diantaranya adalah :
16
1. Dioda Emiter Cahaya Sebuah dioda emisi cahaya dapat mengubah arus listrik langsung menjadi cahaya. Dengan mengubah- ubah jenis dan jumlah bahan yang digunakan untuk bidang temu PN. LED dapat dibentuk agar dapat memancarkan cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda- beda. Warna yang biasa di jumpai adalah merah, hijau, dan kuning. 2. LED Warna Tunggal LED warna tunggal adalah komponen yang paling banyak di jumpai.Sebuah LED warna tunggal mempunyai bidang temu PN pada satu keping silicon.Sebuah lensa menutupi bidang temu PN tersebut untuk memfokuskan cahaya yang di pancarkan. 3. LED Tiga Warna Tiga Kaki LED tiga warna kaki ini adalah LED yang dimana satu kaki nya merupakan anoda bersama dari kedua LED. Satu kaki dihubungkan ke katoda LED merah dan kaki lainnya dihubungkan ke katoda LED hijau. Apabila anoda bersamanya dihubungkan ke ground, maka suatu tegangan pada kaki merah atau hijau akan membuat LED menyala. Apabila satu tegangan di berikan pada kedua katoda dalam waktu yang bersama, maka kedua LED akan menyala bersama- sama. Pencampuran warna merah dan hijau akan menghasilkan warna kuning. 4. LED Tiga Warna Dua Kaki LED tiga warna dua kaki disini adalah bertemu nya dua bidang temu.PN dihubungkan dalam arah yang berlawanan. Warna yang akan di pancarkan LED ditentukan oleh polaritas tegangan pada kedua LED. Suatu sinyal yang dapat mengubah polaritas akan menyebabkan LED menyala dan menghasilkan warna kuning.
17
5. LED Seven Segmen LED seven segmen biasanya digunakan untuk menampilkan angka berupa angka 0 sampai 9, dimana angka- angka tersebut dapat ditampilkan dengan mengubah nyala dari 7 segmen yang ada pada led yang disusun seperti gambar di bawah ini :
Gambar 2.6 LED Seven Segmen LED Seven Segmen, terdapat dua macam, common anoda dan common catoda : ). Common Anodaadalah penggabungan kaki-kaki anoda dari komponen – komponen (dalam hal ini adalah led seven segmen ) . Artinya mereka membutuhkan arus positif untuk dapat menjalankan fungsinya. Karena kaki negatif, berarti membutuhkan arus positif. Sehingga komponen dengan common anoda dapat dijalankan dengan tegangan 3-5 volt. Common anoda merupakan pin yang terhubung dengan semua kaki anoda. ). Common Catoda
adalah penggabungan kaki- kaki katoda dari komponen-
komponen (dalam hal ini adalah led seven segmen ). Artinya, mereka membutuhkan arus negatif untuk dapat menjalankan fungsinya. Karena kaki yang terhubung positif, berarti membutuhkan arus negatif, sehingga komponen dengan common catoda dapat dijalankan dengan tegangan 0-2.5 volt.
18
2.2.2. Kelebihan dan Kekurangan LED
LED atau Light Emitting Diode pada saat ini sudah populer dan banyak digunakan walaupun teknologi ini masih tergolong baru. Bahkan bisa dikatakan lampu LED pada saat ini sudah mulai mendapat perhatian masyarakat dikarenakan memiliki banyak kelebihan dibandingkan dengan lampu jenis lainnya.Jika di bandingkan dengan lampu pijar atau lampu konvensional pada umumnya yang telah lebih dahulu digunakan oleh kebanyakan masyarakat, lampu LED ini akan membawa perubahan yang signifikan di dalam penggunaan nya dalam setiap aspek kehidupan.
Berikut ini adalah beberapa kelebihan menggunakan lampiu LED ini, antara lain:
1. Lampu LED Lebih Hemat Energi
Kelebihan lampu LED yang pertama adalah lampu ini lebih hemat energi dibandingkan dengan lampu pijar yang sudah terlebih dulu digunakan di masyarakat. Penyebab kenapa lampu LED ini lebih hemat energi adalah pemakaian daya listrik yang sangat kecil, bahkan saat ini sudah ada yang tersedia dalam ukuran hingga 3 Watt, hal ini lah yang mampu membuat lampu LED membuat penghematan konsumsi energi listrik hingga 90 persen.
2.
Daya Tahan Yang Lama
Dibanding lampu pijar biasa, lampu LED ini mempunyai daya tahan yang lebih lama. Jika lampu pijar rata – rata hanya bisa bertahan 1000 jam pemakaian, maka lampu LED bisa bertahan 50.000 jam atau bila digunakan 10 jam per hari berarti dapat bertahan hingga 15 sampai 20 tahun lamanya. Oleh karena itu lampu LED mulai banyak digunakan pada saat ini.
19
3.
Cahaya Lampu LED tidak Panas
Bila dibandingkan dengan cahaya dari lampu pijar, cahaya lampu LED ini lebih cendrung nyaman, karena tidak akan membuat suhu ruangan menjadi panas karena cahaya yang di hasilkannya. Oleh karena itu bila kita menggunakan lampu LED pada ruangan kita, kita akan lebih terasa nyaman. Berbeda sekali apabila kita menggunakan lampu pijar/neon yang cahaya nya relatif lebih panas.
4.
Cahaya Lampu LED Tidak Mengandung Ultra Violet
Karena tidak mengandung sinar Ultra Violet, membuat lampu LED ini lebih aman digunakan dan tentunya aman bagi kesehatan kita, karena sinar Ultra Vioelet seperti yang kita ketahui bisa menyebabkan kerusakan mata dan kulit walaupun tidak dalam waktu singkat. Namun apabila paparan sinar Ultra Vioelet tersebut mengenai kita setiap harinya, tentu lambat laun efeknya akan terasa
5.
Lampu LED Lebih Ramah Lingkungan
Lampu LED dikatakan ramah lingkungan karena selain bebas dari sinar UV, lampu LED juga tidak mengandung mercurynyang dapat merusak lapisan ozon dan menggangu kesehatan manusia. Bila kita menggunakan lampu hemat energi biasa dan lampu tersebut pecah, maka kandungan mercury di dalamnya dapat terhirup oleh manusia.Dimana racun mercury tesebut dapat mengganggu pernapasan serta kesehatan kita.
Dibalik kelebihan nya, tentunya lampu LED juga mempunyai kekurangan, kekurangan ini mungkin disebabkan karena lampu LED ini masih dalam tahap pengembangan.
20
Dimana kekurangan lampu LED itu antara lain :
Harga Yang Masih Relatif Mahal
Bila dibandingkan harga lampu pijar, harga lampu LED ini bisa 4 kali lipat lebih mahal dari pada harga lampu pijar.Oleh karena itu masih banyak masyarakat yang belum bisa beralih menggunakan lampu LED ini.
Penerangannya Tidak Menyebar
Jika ingin digunakan pada ruangan yang luas, harus membutuhkan beberapa lampu LED agar penerangan nya maksimal, kecuali jika ruangan tersebut tidak terlalu besar seperti kamar mandi yang ber ukuran 1.5m X 1.5m sudah cukup dengan menggunakan lampu LED 7 Watt. Hal itu dikarenakan pencahayaan lampu LED ini lebih fokus kebawah tidak seperti lampu pijar yang pencahayaan nya menyebar.
Watt Yang Tersedia Masih Relatif Kecil
Karena ukuran Watt yang tersedia saat ini baru sampai 13 Watt, maka jika ingin menggunakan lampu LED pada ruangan yang besar dengan pencahayaan yang terang, maka tidak cukup hanya dengan satu buah lampu saja dan hal ini tentu saja membutuhkan biaya yang besar dan perhitungan yang matang.
2.3 LCD Display
LCD adalah sebuah layar kristal cair yang merupakan display panel datar, tampilan visual elektronik, atau tampilan video yang menggunakan sifat modulasi
21
cahaya kristal cair. Komponen kristal cair ini tidak memancarkan cahaya secara langsung. LCD digunakan dalam berbagai aplikasi termasuk monitor komputer, televisi, panel instrumen, menampilkan pesawat kokpit, dan lain-lainnya. LCD umum dalam perangkat konsumen seperti pemutar video, perangkat game, jam tangan, kalkulator, dan telepon. LCD pada masa kini telah menggantikan tabung sinar katoda (CRT) dan telah dapat menampilkan dalam sebagian besar aplikasi. LCD tersedia dalam berbagai ukuran layar lebih luas dibanding CRT dan plasma display. LCD tidak menggunakan fosfor sehingga tidak berbahaya.
2.3.1 Cara Kerja LCD
Setiap pixel dari sebuah LCD biasanya terdiri dari lapisan molekul yang selaras antara dua elektroda transparan, dan dua filter polarisasi, sumbu transmisi cahaya yang (di sebagian besar kasus) tegak lurus satu sama lain. Sehingga dengan filter polarisasi ini sinar yang melewati filter pertama akan diblokir oleh polarizer (silang) filter kedua. Permukaan elektroda yang berada dalam kontak dengan bahan kristal cair diperlakukan sedemikian rupa untuk menyelaraskan molekul kristal cair dalam arah tertentu. Peralatan ini biasanya terdiri dari lapisan polimer tipis satu arah ( biasanya digosok menggunakan kain), sehingga arah alignment kristal cair ini kemudian ditentukan oleh arah menggosoknya. Elektroda terbuat dari konduktor transparan Indium Tin Oksida (ITO). Liquid Crystal Display pada hakekatnyamerupakan perangkat "pasif ” yang merupakan katup cahaya sederhana. Untuk mengelola dan mengatur data yang akan ditampilkan dilakukan oleh satu atau lebih sirkuit biasanya disebut sebagai driver LCD. Sebelum medan listrik diterapkan, orientasi molekul kristal cair ditentukan oleh penyelarasan pada permukaan elektroda. Dalam perangkat twisted nematic
22
(masih perangkat kristal cair yang paling umum), arah keselarasan permukaan pada dua elektroda yang tegak lurus satu sama lain, sehingga molekul mengatur diri mereka dalam struktur heliks, atau berputar. Ini menginduksi rotasi polarisasi dan akan menghalangi cahaya yang masuk. Jika tegangan yang diberikan cukup besar, molekul kristal cair di tengah lapisan hampir sepenuhnya dipilin dan polarisasi cahaya insiden tidak diputar saat melewati lapisan kristal cair. Lampu ini kemudian akan terutama terpolarisasi tegak lurus terhadap filter kedua, dan dengan demikian akan diblokir dan akan muncul pixel hitam. Dengan mengontrol tegangan diterapkan di seluruh lapisan kristal cair di setiap pixel, cahaya dapat diperbolehkan untuk melewati dalam jumlah yang bervariasi sehingga level cahaya yang keluar akan bervariasi. Kedua bahan kristal cair dan bahan lapisan alignment mengandung senyawa ionik. Jika medan listrik dari satu polaritas tertentu diterapkan untuk jangka waktu yang lama, bahan ini ionik akan tertarik ke permukaan dan menurunkan kinerja perangkat. Hal ini harus dihindari baik dengan menerapkan arus bolak-balik atau dengan membalik polaritas medan listrik tersebut.
2.3.2 LCD Matrix 16x2 HitachiHD44780 HitachiHD44780 LCD controller adalah salah satu matriks layar kristal cair yang paling umum. Hitachi mengembangkan mikrokontroler khusus untuk mengendalikan layar LCD alfanumerik dengan antar muka yang sederhana yang dapat terhubung ke mikrokontroler atau mikroprosesor pada umumnya. Tegangan operasi nominal untuk lampu latar LED 5V pada kecerahan penuh, dengan peredupan pada tegangan yang lebih rendah tergantung pada detil seperti warna LED. Non-LED lampu latar sering membutuhkan tegangan yang lebih tinggi.
23
Gambar 2.7 LCD HitachiHD44780
D44780U dot-matrix liquid crystal display controller dan driver yang menampilkan alphanumerics LSI, dan simbol. Hal ini dapat dikonfigurasi untuk mengatur dot-matrix liquid crystal displaydi bawah kontrol dari 4 - atau 8-bit mikroprosesor. Karena semua fungsi-fungsi seperti RAM monitor, karakter generator, dan driverLCD yang dibutuhkan untuk mengendalikan dot-matrix liquid crystal display secara internaldiberikan pada satu chip, sebuah sistem minimal dapat dihubungkan dengan controller / driver. Sebuah HD44780U tunggal dapat menampilkan hingga 8-karakter satu baris atau dua baris.HD44780U ini memiliki kompatibilitas fungsi pin dengan HD44780S yang memungkinkan pengguna untuk dengan mudah menggantiLCD-II dengan HD44780U. Karakter HD44780U generator ROM diperpanjang untuk menghasilkan 208 5 '8 titik karakter font dan 32 5 '10 titik karakter font dengan total 240 font karakter yang berbeda. Catu daya yang rendah (2.7V ke 5.5V) dari HD44780U ini cocok untuk setiap produk portabel berbasis baterai yang membutuhkan daya rendah. Beberapa fitur lainnya adalah sebagai berikut:
Tegangan kerja yang rendah:2,7 sampai 5.5V.
Antar muka kecepatan tinggi bus MPU 2 MHz (ketika VCC = 5V)
4-bit atau 8-bit diaktifkan antarmuka MPU
24
80 '8-bit display RAM (80 karakter maks.)
9920-bit karakter ROM untuk pembangkit total 240 font karakter fontkarakter208 (5'8titik) karakter font 32 (5 '10 titik)
Rangkaian ulang otomatis yang menginisialisasi controller / driver setelah power on
Osilator internal dengan resistor eksternal
Konsumsi daya rendah
Gambar 2.8 Blok DiagramHD44780
2.4 Mikrokontroller Arduino Uno Pengendali mikro (Inggris microcontroller) adalah sistem mikroprosesor lengkap yang terkandung di dalam sebuah chip. Mikrokontroler berbeda dari
25
mikroprosesor serba guna yang digunakan dalam sebuah PC, karena sebuah mikrokontroler umumnya telah berisi komponen pendukung sistem minimal mikroprosesor, yakni memori dan antarmuka I/O.
Gambar 2.9 Microcontroller Arduino Uno
Sistem komputer dewasa ini paling banyak justru terdapat di dalam peralatan lain, seperti telepon, jam, perangkat rumah tangga, kendaraan, dan bangunan. Sistem embedded
biasanya
mengandung
syarat
minimal
sebuah
sistem
mikroprosesor yaitu memori untuk data dan program, serta sistem antarmuka input/output yang sederhana. Antarmuka semacam keyboard, tampilan, disket, atau printer yang umumnya ada pada sebuah komputer pribadi justru tidak ada pada sistem mikrokontroler. Sistem mikrokontroler lebih banyak melakukan pekerjaan-pekerjaan sederhana yang penting seperti mengendalikan motor, saklar, resistor variabel, atau perangkat elektronis lain. Seringkali satu-satunya bentuk antarmuka yang ada pada sebuah sistem mikrokontroler hanyalah sebuah LED, bahkan ini pun bisa dihilangkan jika tuntutan konsumsi daya listrik mengharuskan demikian.
Perkembangan Teknologi Mikrokontroler sekarang ini sudah sampai pada Mikrokontroler dengan platform open source Arduino. Arduino adalah open-source elektronik prototyping platform berbasis pada perangkat keras dan perangkat lunak yang fleksibel dan mudah digunakan. Hal Ini dimaksudkan bagi para seniman,
26
desainer, penggemar, dan siapapun yang tertarik dalam menciptakan objek atau lingkungan yang interaktif.
Arduino bisa merasakan lingkungan dengan menerima masukan dari berbagai sensornya dan dapat melakukan pengendalian sekitarnya dengan menggunakan lampu, motor, aktuator dan lain-lainnya. Mikrokontroler di modul ini diprogram menggunakan
bahasa
pemrograman
Arduino
(berdasarkan
Wiring)
dan
pengembangan lingkungan Arduino (berdasarkan Processing). Proyek Arduino dapat berdiri sendiri atau mereka dapat berkomunikasi dengan perangkat lunak yang berjalan pada komputer (misalnya Flash, Pengolahan, MaxMSP).
Modul arduino ini dapat dibangun sendiri atau dibeli jadi. Perangkat lunaknya dapat didownload secara gratis. Desain referensi perangkat keras (File CAD) yang tersedia di bawah lisensi open-source, dan bebas untuk menyesuaikannya sesuai dengan kebutuhan pengguna. Ada banyak jenis modul arduino Semua modul berbeda antara satu dengan yang lainnya. Hal yang membedakan antar modul arduino adalah chipsetnya, ukuran onboard memori, on-board peripheral dan fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan mereka bisa dikatakan hampir sama
2.4.1 Sketch Sketch adalah lembar kerja pada sistem arduino yang digunakan untuk menulis listing program, mengeditnya, mengcompile dan kemudian mengupload ke dalam microcontroller arduino tersebut. Sketch Arduino terdiri dari bagian-bagian seperti comments, Setup (), dan Loop (). Dibawah ini akan dijelaskan secara lebih detail mengenai bagian-bagian tersebut.
27
2.4.2 Fitur-fitur Microcontroller Arduino Berikut ini adalah Fitur-fitur dari perangkat keras microcontroller Arduino Uno. Perangkat keras ini dapat diprogram dengan mudah pada sketch. Ada beberapa fitur-fitur perangkat keras yang dapat ditemukan pada modul microcontroller arduino uno, berikut adalah penjelasan dari fitur-fitur tersebut :
2.4.2.1 Pin Digital I/O Port pada modul microcontroller Arduino Uno dikenal dengan Pin Digital. Pin ini dapat dikonfigurasi baik sebagai input ataupun dapat digunakan sebagai output.
Karakteristik pin digital ketika menjadi input Arduino dengan chipsnya Atmega, secara default pengaturan port digital adalah pengaturan untuk port masukan, sehingga mereka tidak perlu secara eksplisit dinyatakan sebagai input dengan pinMode (). Pin dikonfigurasi sebagai input sehingga pin tersebut berada dalam keadaan impedansi tinggi. Salah satu penjelasannya adalah pin input akan mengambil daya yang sangat kecil sekali pada rangkaian ketika dalam kondisi pengambilan sampel, dapat dikatakan bahwa ada resistor seri dari 100 Megaohm di depan pin tersebut. Hal ini berarti bahwa hanya sangat sedikit arus yang digunakan untuk memindahkan kondisi pin input tersebut dari keadaan satu ke keadaan yang lain. Sehingga hal ini dapat membuat pin berguna untuk melakukan tugas-tugas seperti membaca sensor sentuh kapasitif, membaca sebuah LED sebagai dioda, atau membaca sebuah sensor analog dengan skema seperti RCTime. Akan tetapi hal ini juga berarti, apabila ada pin input yang tidak terhubung ke rangkaian, akan menghasilkan beberapa keadaaan seperti akan berlogika acak, menghasilkan noise, atau akan menjadi kapasitor coupling pada pin yang berdekatan dengan Pin tersebut.
28
Adalah hal yang berguna untuk mengarahkan pin masukan ke keadaan yang dikenal jika tidak ada input. Hal ini dapat dilakukan dengan menambahkan resistor pullup (ke +5 V), atau resistor pull-down (resistor ke tanah) pada input, dengan resistor 10 Kohm. Ada juga resistor pullup 20 KOhm yang dapat di akses pada chip Atmega dengan perangkat lunak. Berikut ini adalah cara untuk mengakses resistor pullup built-in. pinMode(pin, INPUT);
// set pin to input
digitalWrite(pin, HIGH);
// turn on pullup resistors
Karakteristik pin digital ketika menjadi Output Apabila Pin digital ini dikonfigurasi sebagai OUTPUT dengan pinMode (), maka Pin ini akan berada dalam keadaan impedansi rendah. Hal ini berarti bahwa mereka dapat menyediakan sejumlah besar arus ke rangkaian lainnya. Pin Atmega dapat menjadi sumber arus positif atau menjadi sumber arus negatif hingga 40 mA (milliamps) arus ke perangkat lain. Hal ini cukup untuk menghidupkan sebuah LED, menjalankan banyak sensor, namun sayangnya saat ini tidak cukup untuk menjalankan relay, solenoida, atau motor. Hubungan pendek pada pin Arduino, atau mencoba untuk menjalankan rangkaian dengan arus yang besar, dapat merusak atau menghancurkan transistor output pada pin, atau merusak chip Atmega keseluruhan. Sering kali ini akan menghasilkan sebuah pin "mati" dalam mikrokontroler akan tetapi chip yang tersisa masih akan berfungsi secara memadai. Maka untuk alasan ini, adalah sebuah ide yang baik untuk menghubungkan pin OUTPUT ke perangkat lain dengan resistor 470 Ohm atau 1 KOhm.
29
2.4.2.2 Pin Analog
Sebagian besar port Arduino (Atmega) adalah pin analog yang dapat dikonfigurasi dan digunakan persis dengan cara yang sama seperti pin digital. Berikut ini adalah karakteristik dari Pin Analog.
A/D Converter
Chips Atmega digunakan pada Arduino memiliki 6 saluran analog-ke-digital converter (ADC). ADC tersebut memiliki 10 bit resolusi dari 0 ke 1023. Sedangkan fungsi utama dari pin analog pada Arduino adalah untuk membaca sensor analog. pin analog juga memiliki semua fungsi General Purposes input / output (GPIO) pin (sama dengan pin digital 0-13).
Pemetaan Pin
Pin analog dapat digunakan sama seperti pin digital, menggunakan penamaan A0 (untuk input analog 0), A1, dll Sebagai contoh, kode berikut digunakan untuk mengatur 0 pin analog ke output, dan mengaturnya berlogika “High” : pinMode(A0, OUTPUT); digitalWrite(A0, HIGH);
2.4.3 Teknik Memprogram Microcontroller Berikut adalah konsep dalam memprogram modul microcontroller arduino uno :
30
2.4.3.1 Variabel
Variabel adalah tempat untuk menyimpan data. Variabel memiliki nama, nilai, dan tipe. Sebagai contoh, pernyataan ini (disebut deklarasi): int pin = 13;
Perintah ini menciptakan variabel yang namanya pin, yang nilainya adalah 13, dan bertipe int. apabila user membutuhkan variable ini, maka akan dapat menunjuk ke variabel ini dengan memanggil namanya. pada saat itu variable ini nilainya akan dicari dan digunakan. seperti dalam pernyataan ini: pinMode(pin, OUTPUT);
Nilai dari pin (13) ini akan diteruskan ke perintah pinMode (). Dalam hal ini, sebenarnya user tidak perlu menggunakan variabel, pernyataan ini akan bekerja dengan baik sama seperti : pinMode(13, OUTPUT);
Keuntungan dari penggunaan variabel dalam hal ini adalah bahwa user hanya perlu menentukan jumlah pin yang digunakan sekali, akan tetapi user dapat menggunakannya berkali-kali. sehingga jika user kemudian memutuskan untuk mengubah penggunaan dari pin 13 menjadi pin 12, user hanya perlu mengubah sedikit kode. user juga dapat menggunakan nama pengenal untuk membuat pentingnya variabel yang jelas (misalnya program mengendalikan LED RGB memungkinkan penamaan variabel redPin, greenPin, dan bluePin. Sebuah variabel memiliki kelebihan lain atas nilai seperti mengubah nilai dari variabel menggunakan perintah Sebagai contoh: pin = 12;
31
Perintah ini akan mengubah nilai dari variabel menjadi 12. Perhatikan bahwa user tidak menentukan jenis variable, hal tersebut tidak diubah oleh perintah tersebut. Artinya, nama variabel secara permanen diasosiasikan dengan jenis, user hanya melakukan perubahan nilainya. user harus mendeklarasikan variabel sebelum user memberikan nilai untuk itu. Jika tidak maka pesan error ini akan muncul "error: pin was not declared in this scope".
Bila user menetapkan satu variabel yang lain, user membuat salinan nilai variable tersebut dan menyimpan salinannya pada lokasi di memori yang terkait dengan variabel lain. Mengubah satu tidak berpengaruh pada yang lain. Misalnya, setelah: int pin = 13; int PIN2 = pin; pin = 12;
Hanya variable pin yang memiliki nilai 12, sedangkan untuk variable PIN2 memiliki nilai 13. Hal ini mengacu pada bagian dari listing program user di mana variabel tersebut digunakan.Sebagai contoh, jika user ingin dapat menggunakan variabel mana saja dalam programnya, maka user dapat menyatakan di bagian atas listing programnya. Ini disebut variabel global, berikut adalah contohnya: int pin = 13; void setup() { pinMode(pin, OUTPUT);} void loop() { digitalWrite(pin, HIGH);}
Seperti yang terlihat, pin yang digunakan di kedua setup () dan loop () fungsi. Kedua fungsi mengacu pada variabel yang sama, sehingga perubahan itu satu akan mempengaruhi nilai yang telah di yang lain, seperti di bawah ini :
32
int pin = 13; void setup() { pin = 12; pinMode(pin, OUTPUT);} void loop() { digitalWrite(pin, HIGH);}
Di sini, digitalWrite () fungsi yang dipanggil dari loop () akan melewati nilai 12, karena itu nilai yang ditugaskan ke variabel di setup () fungsi. Jika user hanya perlu menggunakan variabel dalam sebuah perintah tunggal, user dapat menyatakan variable tersebut di Setup (), sehingga ruang lingkup variable tersebut akan terbatas pada perintah tersebut. Sebagai contoh : void setup() { int pin = 13; pinMode(pin, OUTPUT); digitalWrite(pin, HIGH);} Dalam perintah ini, pin variabel hanya dapat digunakan dalam setup () fungsi. Jika user mencoba untuk melakukan sesuatu seperti ini: void loop() { digitalWrite(pin, LOW); // wrong: pin is not in scope here.}
User akan mendapatkan pesan yang sama seperti sebelumnya"error: pin was not declared in this scope". Hal ini berarti meskipun user telah menyatakan variable pin dalam program, user mencoba untuk menggunakan suatu variabel di luar jangkauannya. Hal ini berarti jika sebuah variabel bersifat global, nilainya bisa diubah di mana saja di dalam listing program tersebut, sehingga user perlu memahami keseluruhan program untuk mengetahui apa yang akan terjadi pada variabel. Misalnya, jika variabel user memiliki nilai yang tidak Anda harapkan, akan
33
lebih mudah untuk mencari tahu di mana nilai tersebut berasal dari jika variabel memiliki ruang lingkup terbatas.
2.4.3.2 Fungsi-Fungsi Segmentasi program ke fungsi memungkinkan programmer untuk membuat potongan-potongan program yang melakukan tugas yang telah didefinisikan sebelumnya dan kemudian kembali ke awal program dimana fungsi itu dipanggil. Menciptakan sebuah fungsi sangat berguna ketika salah satu kebutuhan untuk melakukan tindakan yang sama beberapa kali dalam sebuah program.
Untuk programer yang terbiasa menggunakan BASIC, fungsi dalam Arduino memberikan (dan memperluas) kegunaan menggunakan subrutin (gosub dalam BASIC).Menstandarisasikan program ke fungsi memiliki beberapa keuntungan yaitu membantu programmer tetap terorganisir yang seringkali hal ini membantu pada awal konsep program. Fungsi juga mengelompokan satu tindakan dalam satu tempat sehingga fungsi hanya harus dipikirkan dan debugged sekali. Hal ini juga mengurangi kemungkinan untuk kesalahan dalam modifikasi, jika ada listing program yang perlu diubah.Fungsi juga membuat sketsa keseluruhan menjadi lebih kecil dan lebih kompak karena hanya bagian kode tertentu saja yang digunakan kembali berkali-kali. Fungsi membuat lebih mudah untuk menggunakan kembali kode dalam program lain dengan membuatnya lebih modular, dan sebagai efek sampingnya, menggunakan fungsi juga sering membuat program lebih mudah dibaca.
Ada dua fungsi yang diperlukan dalam sketsa Arduino, setup () dan loop ().Fungsi lainnya harus dibuat di luar kurung dari dua fungsi.Sebagai contoh, dibawah ini adalah fungsi sederhana untuk mengalikan dua angka. void setup() { Serial.begin(9600);}
34
void loop() { int i = 2; int j = 3; int k; k = myMultiplyFunction(i, j); // k now contains 6 Serial.println(k); delay(500);}
int myMultiplyFunction(int x, int y) { int result; result = x * y; return result;}
2.4.3.3 Library-Library Sebuah kelas hanyalah sebuah kumpulan fungsi dan variabel yang semua berada di satu tempat. Fungsi-fungsi dan variabel dapat bersifat publik, yang berarti bahwa mereka dapat diakses oleh orang yang menggunakan library user, atau Private yang berarti mereka hanya dapat diakses dari dalam kelas itu sendiri. Setiap kelas memiliki fungsi khusus yang dikenal sebagai konstruktor, yang digunakan untuk membuat sebuah instance dari kelas. Konstruktor ini memiliki nama yang sama dengan kelas, dan tidak ada jenis kembali.
Library menyediakan fungsionalitas tambahan untuk digunakan dalam sketch, misalnya
menggunakan
perangkat
keras
atau
memanipulasi
data.
Untuk
menggunakan perpustakaan di sketch, pilih Sketch> Impor Library Menu. Hal ini akan memasukkan satu atau lebih pernyataan # include di bagian atas sketch dan akan mengcompile sketch user dengan Library. Karena library masuk ke sketch user hal ini menyebabkan peningkatan jumlah memory yang diperlukan untuk sketch ini. Jika sketch tidak lagi membutuhkan library, cukup hapus pernyataannya # include dari atas sketch.
35
Ada banyak library yang sudah ada di dalam perangkat lunak arduino, Dan beberapa dapat didownload dari berbagai sumber. Library dapat ditemukan dalam folder khusus, dan biasanya akan berisi sedikitnya dua file dengan akhiran h Dan satu dengan akhiran cpp.
2.5
Buzzer Buzzer adalah sebuah komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah
getaran listrik menjadi getaran suara. Buzzer 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 biasa digunakan sebagai indikator bahwa proses telah selesai atau terjadi suatu kesalahan pada sebuah alat (alarm). Frekuensi suara yang dikeluarkan oleh buzzer yaitu antara 1-5 KHz.
(a)
(b)
Gambar 2.10 : (a) Simbol buzzer, (b). Bentuk Buzzer
