BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Module Relay Relay adalah komponen elektronika berupa saklar elektronik yang digerakkan oleh arus listrik. Secara prinsip, relay merupakan tuas saklar dengan lilitan kawat pada batang besi (solenoid) di dekatnya. Ketika solenoid dialiri arus listrik, tuas akan tertarik karena adanya gaya magnet yang terjadi pada solenoid sehingga kontak saklar akan menutup. Pada saat arus dihentikan, gaya magnet akan hilang, tuas akan kembali ke posisi semula dan kontak saklar kembali terbuka. Relay biasanya digunakan untuk menggerakkan arus/tegangan yang besar (misalnya peralatan listrik 4 A/AC 220 V) dengan memakai arus/tegangan yang kecil (misalnya 0.1 A / 12 Volt DC) (Sutiawan, 2011). Relay adalah komponen listrik yang bekerja berdasarkan prinsip induksi medan elektromagnetis. Jika sebuah penghantar dialiri oleh arus listrik, maka di sekitar penghantar tersebut timbul medan magnet. Medan magnet yang dihasilkan oleh arus listrik tersebut selanjutnya diinduksikan ke logam ferromagnetis. Penemu relay pertama kali adalah Joseph Henry pada tahun 1835 (Elangsakti,2013). 2.1.1 Dasar-Dasar Relay Dalam pemakaiannya biasanya relay yang digerakkan dengan arus DC dilengkapi dengan sebuah dioda yang di-paralel dengan lilitannya dan dipasang terbaik yaitu anoda pada tegangan (-) dan katoda pada tegangan (+). Ini bertujuan 6
untuk mengantisipasi sentakan listrik yang terjadi pada saat relay berganti posisi dari on ke off agar tidak merusak komponen di sekitarnya. Konfigurasi dari kontak-kontak relay ada tiga jenis, yaitu:
Normally Open (NO), apabila kontak-kontak tertutup saat relay dicatu
Normally Closed (NC), apabila kontak-kontak terbuka saat relay dicatu
Change Over (CO), relay mempunyai kontak tengah yang normal tertutup, tetapi ketika relay dicatu kontak tengah tersebut akan membuat hubungan dengan kontak-kontak yang lain. 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. Sebaiknya relay difungsikan 80% saja dari kemampuan maksimalnya agar aman, lebih rendah lagi lebih aman. Relay jenis lain ada yang namanya reedswitch atau relay lidi. Relay jenis ini berupa batang kontak terbuat dari besi pada tabung kaca kecil yang dililiti kawat. Pada saat lilitan kawat dialiri arus, kontak besi tersebut akan menjadi magnet dan saling menempel sehingga menjadi saklar yang on. Ketika arus pada lilitan dihentikan medan magnet hilang dan kontak kembali terbuka (off). 2.1.2 Jenis-Jenis Module Relay Seperti saklar, relay juga dibedakan berdasar pole dan throw yang dimilikinya. Berikut ini penggolongan relay berdasarkan jumlah pole dan throw : •
SPST (Single Pole Single Throw)
•
DPST (Double Pole Single Throw) 7
•
SPDT (Single Pole Double Throw)
•
DPDT (Double Pole Double Throw)
•
3PDT (Three Pole Double Throw)
•
4PDT (Four Pole Double Throw)
Berikut ini rangkaian dan simbol macam-macam relay tersebut.
Gambar 2.1 Relay jenis Single Pole Double Throw (SPDT) Timing relay adalah jenis relay yang khusus. Cara kerjanya ialah sebagai berikut : jka coil dari timing relay ON, maka beberapa detik kemudian, baru contact relay akan ON atau OFF (sesuai jenis NO/NC contact). Sedang latching relay ialah jenis relay digunakan untuk latching atau mempertahankan kondisi aktif input sekalipun input sebenarnya sudah mati. Cara kerjanya ialah sebagai berikut : jika latch coil diaktifkan, ia tidak akan bisa dimatikan kecuali unlatch coil diaktifkan.
Gambar 2.2 Simbol coil dan contact dari timing relay 8
Gambar 2.3 Simbol coil dan contact dari latching relay 2.1.3 Prinsip Kerja Module Relay Prinsip kerja secara umum sama dengan kontaktor magnet yaitu sama sama berdasarkan kemagnetan yang dihasilkan oleh kumparan coil, jika kumparan coil tersebut diberi sumber listrik. Berdasarkan sumber listrik yang masuk maka relay di bagi manjadi 2 macam yaitu relay DC dan Relay AC. Besar tegangan DC yang masuk pada coil relay bervariasi sesuai dengan ukuran yang tertera pada body relay tersebut diantaranya Relay dengan tegangan 6 Volt 12 Volt, 24 Volt, 48 Volt, Sedangan untuk Tegangan AC sebesar 220 Volt. Relay terdiri dari coil dan contact, coil adalah gulungan kawat yang mendapat arus listrik, sedang contact adalah sejenis saklar yang pergerakannya tergantung dari ada tidaknya arus listrik di coil. Contact ada 2 jenis : Normally Open (kondisi awal sebelum diaktifkan open), dan Normally Closed (kondisi awal sebelum diaktifkan close). Secara sederhana berikut ini prinsip kerja dari relay : ketika Coil mendapat energy listrik (energized), akan timbul gaya elektromagnet yang akan menarik armature yang berpegas, dan contact akan menutup.
9
Selain berfungsi sebagai komponen elektronik, relay juga mempunyai fungsi sebagai pengendali sistem. Sehingga relay mempunyai 2 macam simbol yang digunakan pada :
Rangkaian listrik (hardware)
Program (software)
Berikut ini simbol yang digunakan :
2.1.4 Fungsi Relay Fungsi Relay, yaitu :
Kontrol tegangan tinggi rangkaian dengan sinyal bertegangan rendah, seperti dalam beberapa jenis modem atau audio amplifier. 10
Kontrol sebuah rangkaian arus tinggi dengan sinyal arus rendah, seperti pada solenoid starter dari sebuah mobil.
Mendeteksi dan mengisolasi kesalahan pada jalur transmisi dan distribusi dengan membuka dan menutup pemutus rangkaian (perlindungan relay), Sebuah kumparan relay DPDT AC dengan kemasan “ice cube”.
Isolasi mengendalikan rangkaian dari rangkaian yang dikontrol ketika kedua berada pada potensi yang berbeda, misalnya ketika mengendalikan sebuah perangkat bertenaga utama dari tegangan rendah switch. Yang terakhir ini sering digunakan untuk mengontrol pencahayaan kantor sebagai kawat tegangan rendah dapat dengan mudah diinstal di partisi, yang dapat dipindahkan sesuai kebutuhan sering berubah. Mereka mungkin juga akan dikendalikan oleh hunian kamar detektor dalam upaya untuk menghemat energy.
Logika fungsi. Sebagai contoh, DAN fungsi boolean direalisasikan dengan menghubungkan relay normal kontak terbuka secara seri, maka fungsi ATAU dengan menghubungkan normal kontak terbuka secara paralel. Perubahan-atas atau Formulir C kontak melakukan XOR (eksklusif atau) fungsi. Fungsi yang sama untuk NAND dan NOR yang dicapai dengan menggunakan kontak normal tertutup. Tangga bahasa pemrograman yang sering digunakan untuk merancang jaringan logika relay.
Awal komputasi. Sebelum tabung vakum dan transistor, relay digunakan sebagai unsur-unsur logis dalam komputer digital. Lihat ARRA komputer, Harvard Mark II, Zuse Z2, dan Zuse Z3. 11
Safety-logika
kritis.
Karena
relay
jauh
lebih
tahan
daripada
semikonduktor radiasi nuklir, mereka banyak digunakan dalam keselamatan-logika kritis, seperti panel kontrol penanganan limbah radioaktif mesin.
Waktu tunda fungsi. Relay dapat dimodifikasi untuk menunda pembukaan atau penutupan menunda satu set kontak. Yang sangat singkat (sepersekian detik) penundaan ini akan menggunakan tembaga disk antara angker dan bergerak blade perakitan. Arus yang mengalir dalam disk mempertahankan
medan
magnet
untuk
waktu
yang
singkat,
memperpanjang waktu rilis. Untuk sedikit lebih lama (sampai satu menit) keterlambatan, sebuah dashpot digunakan. Sebuah dashpot adalah sebuah piston diisi dengan cairan yang diperbolehkan untuk melarikan diri perlahan-lahan. Jangka waktu dapat divariasikan dengan meningkatkan atau menurunkan laju aliran. Untuk jangka waktu lebih lama, mesin jam mekanik timer diinstal. 2.1.5 Relay Sebagai Pengendali Salah satu kegunaan utama relay dalam dunia industri ialah untuk implementasi logika kontrol dalam suatu sistem. Sebagai “bahasa pemrograman” digunakan konfigurasi yang disebut ladder diagram atau relay ladder logic. Berikut ini beberapa petunjuk tentang relay ladder logic (ladder diagram):
Diagram wiring
yang khusus digunakan sebagai bahasa
pemrograman untuk rangkaian kontrol relay dan switching.
LD Tidak menunjukkan rangkaian hardware, tapi alur berpikir.
LD Bekerja berdasar aliran logika, bukan aliran tegangan/arus. 12
Relay Ladder Logic terbagi menjadi 3 komponen :
Input , yaitu pemberi informasi
Logic, yaitu pengambil keputusan
Output, yaitu usaha yang dilakukan
Sebagai awal, pada gambar di bawah dapat dilihat aplikasi relay untuk membentuk gerbang – gerbang logika sederhana (AND, OR, NOT, dan latching).
Gambar 2.4 Relay untuk membentuk gerbang logika
13
Sebagai pengendali, relay dapat mengatur komponen – komponen lain yang membentuk suatu sistem kendali di industri, di antaranya : switch, timer, counter, sequencer, dan lain – lain. Semuanya adalah komponen – komponen dalam bentuk hardware. Perhatikan gambar – gambar berikut.
Gambar 2.5 Thermal dan solid state timer
Gambar 2.6 Counter elektromekanik 2.2 Elektrolit Kondensator Elektrolit kondensator adalah kapasitor yang mempunyai titik polarisasi di kapasitor elektrolit kedua kakinya. Kapasitor jenis ini yang sering di gunakan untuk membuat radio transistor. Kapasitor elektrolit mempunyai kapasitas yang besar hingga beberapa ribu mikrofarad. Kondesator elektrolit adalah kapasitor 14
yang paling umum di kenal dalam bidang elektronika. , ditandai oleh kaki yang panjang positif sedangkan yang pendek negatif atau yang dekat tanda minus ( - ) adalah kaki negatif. Nilai kapasitasnya dari 0,47 µF (mikroFarad) sampai ribuan mikroFarad dengan voltase kerja dari beberapa volt hingga ribuan volt.
Gambar 2.7 Polaritas Kondensator Elektrolit. Selain kondensator elektrolit yang mempunyai polaritas pada kakinya, ada juga kondensator yang berpolaritas yaitu kondensator solid tantalum. Kerusakan umum pada kondensator elektrolit di antaranya adalah:
Kering (kapasitasnya berubah)
Konsleting
Meledak, yang dikarenakan salah dalam pemberian tegangan positif dan negatifnya, jika batas maksimum voltase dilampaui juga bisa meledak
2.2.1 Jenis-Jenis Kapasitor Kapasitor terdiri dari beberapa tipe, tergantung dari bahan dielektriknya. Untuk lebih sederhana dapat dibagi menjadi 3 bagian, yaitu kapasitor electrostatic, electrolytic dan electrochemical.
15
1. Kapasitor Electrostatic
Gambar 2.8 Kapasitor Electrostatic
Kapasitor electrostatic adalah kelompok kapasitor yang dibuat dengan bahan dielektrik dari keramik, film dan mika. Keramik dan mika adalah bahan yang popular serta murah untuk membuat kapasitor yang kapasitansinya kecil. Tersedia dari besaran pF sampai beberapa uF, yang biasanya untuk aplikasi rangkaian yang berkenaan dengan frekuensi tinggi. Termasuk kelompok bahan dielektrik film adalah bahan-bahan material seperti polyester (polyethylene terephthalate atau dikenal dengan sebutan mylar), polystyrene, polyprophylene, polycarbonate, metalized paper dan lainnya.Mylar, MKM, MKT adalah beberapa contoh sebutan merek dagang untuk kapasitor dengan bahan-bahan dielektrik film. Umumnya kapasitor kelompok ini adalah non-polar.
16
2. Kapasitor Electrolytic
Gambar 2.9 Kapasitor Electrolytic Kelompok kapasitor electrolytic terdiri dari kapasitor-kapasitor yang bahan dielektriknya adalah lapisan metal-oksida.Umumnya kapasitor yang termasuk kelompok ini adalah kapasitor polar dengan tanda + dan – di badannya. Mengapa kapasitor ini dapat memiliki polaritas, adalah karena proses pembuatannya menggunakan elektrolisa sehingga terbentuk kutup positif anoda dan kutup negatif katoda. Telah lama diketahui beberapa metal seperti tantalum, aluminium, magnesium, titanium, niobium, zirconium dan seng (zinc) permukaannya dapat dioksidasi sehingga membentuk lapisan metal-oksida . contoh dari kapasitor ini yaitu Elco / kondensator. Lapisan oksidasi ini terbentuk melalui proses elektrolisa, seperti pada proses penyepuhan emas. Elektroda metal yang dicelup kedalam larutan electrolit (sodium borate) lalu diberi tegangan positif (anoda) dan larutan electrolit diberi tegangan negatif (katoda). Oksigen pada larutan electrolyte terlepas dan mengoksidai permukaan plat metal. Contohnya, jika digunakan Aluminium, maka akan terbentuk lapisan Aluminium-oksida (Al2O3) pada permukaannya. Dengan demikian berturut-turut plat metal (anoda), lapisan-metal-oksida dan electrolyte(katoda) membentuk kapasitor. Dalam hal ini lapisan-metal-oksida 17
sebagai dielektrik. Lapisan metal-oksida ini sangat tipis,sehingga dengan demikian dapat dibuat kapasitor yang kapasitansinya cukup besar. Karena alasan ekonomis dan praktis, umumnya bahan metal yang banyak digunakan adalah aluminium dan tantalum. Bahan yang paling banyak dan murah adalah Aluminium. Untuk mendapatkan permukaan yang luas, bahan plat Aluminium ini biasanya digulung radial. Sehingga dengan cara itu dapat diperoleh kapasitor yang kapasitansinya besar. Sebagai contoh 100uF, 470uF, 4700uF dan lain-lain, yang sering juga disebut kapasitor elco. Bahan electrolyte pada kapasitor Tantalum ada yang cair tetapi ada juga yang padat. Disebut electrolyte padat, tetapi sebenarnya bukan larutan electrolit yang menjadi elektroda negatif-nya, melainkan bahan lain yaitu manganese-dioksida. Dengan demikian kapasitor jenis ini bisa memiliki kapasitansi yang besar namun menjadi lebih ramping dan mungil. Selain itu karena seluruhnya padat, maka waktu kerjanya (lifetime) menjadi lebih tahan lama. Kapasitor tipe ini juga memiliki arus bocor yang sangat kecil Jadi dapat dipahami mengapa kapasitor Tantalum menjadi relatif mahal. 3. Kapasitor Electrochemical Satu jenis kapasitor lain adalah kapasitor electrochemical. Termasuk kapasitor jenis ini adalah batere dan accu. Pada kenyataanya batere dan accu adalah kapasitor yang sangat baik, karena memiliki kapasitansi yang besar dan arus bocor (leakage current) yang sangat kecil. Tipe kapasitor jenis ini juga masih dalam pengembangan untuk mendapatkan kapasitansi yang besar namun kecil dan ringan, misalnya untuk applikasi mobil elektrik dan telepon selular.
18
2.2.2 Fungsi Kapasitor Fungsi kapasitor sebagai berikut : 1. Sebagai filter atau penyaring, biasanya digunakan pada sistem radio, TV, amplifier dan lain- lain. Filter pada radio digunakan untuk menyaring (penghambatan) gangguan-gangguan dari luar. 2. Sebagai kopling, kapasitor sebagai kopling ( penghubung ) amplifier tingkat rendah ketingkat yang lebih tinggi. 3. Pada lampu neon, fungsi kapasitor untuk penghemat daya listrik Dalam rangkaian antena, fungsi kapasitor sebagai pembangkit frekuensi
2.2.3 Cara Kerja Elektrolit Kondensator Kapasitor bekerja dalam suatu rangkaian elektronika dengan cara mengalirkan elektron menuju ke kapasitor. Setelah kapasitor sudah dipenuhi dengan elektron, tegangan akan mengalami perubahan. Lalu, elektron yang tadinya ada dalam kapasitor akan keluar dan mengalir menuju rangkaian atau komponen yang membutuhkannya. Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan listrik. Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutup 19
negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutup positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif.
Gambar 2.10 Cara Kerja Elektrolit Kondensator 2.3 DIP Switch Kata DIP Switch berasal dari 2 kata dalam bahasa inggris, DIP dan Switch. DIP mempunyai kepanjangan dual in-line package sedangkan Switch sendiri memiliki arti saklar. Sedangkan dual in line adalah "dua baris/garis dalam satu paket". Sehingga DIP Switch adalah sekumpulan saklar manual dengan 2 baris/garis kaki yang terangkai dalam satu paket, dengan kata lain sekumpulan saklar dalam satu chip.
20
Tabel 2.1 Jenis-Jenis Switch JENIS SAKLAR SIMBOL SAKLAR (SWITCH)
SPST Saklar On-Off sederhana
Saklar Push-On Kedua terminal akan terhubung selama ditekan Saklar Push-Off Kedua terminal akan terputus selama ditekan
21
CONTOH FISIK
Saklar SPDT Terminal sentral (COM) akan terhubung ke salah satu terminal dan akan terputus ke terminal lainnnya dalam satu kondisi.
Saklar DPST Dalam kondisi On ("1") dua terminal sentral akan terhubung ke terminal pasangannya dan akan terputus ketika kondisi Off ("0") Saklar DPDT Dua terminal sentral akan terhubung ke salah satu terminal
22
pasangannya dan teputus ke terminal pasangannya yang lain dalam satu kondisi.
Keterangan: 1. On : Posisi Terhubung 2. Off : Posisi Tidak Terhubung 3. Push : Tekan 4. Pole : Jumlah kontaktor 5. Throw : Jumlah Posisi Konduktor (yang terhubung) 6. Open : Terbuka (Posisi Off) 7. Close : Tertutup (Posisi On) 8. Break : Off (Posisi Tidak terhubung) 9. SPST (Single Pole Single Throw) 10. SPDT (Single Pole Double Throw) 11. SPXT (Single Pole X Trow) X=jumlah Throw, misalnya SP6T (Single Pole 16 Throw) 12. DPST (Double Pole Single Throw) 13. DPDT (Double Pole Double Throw) 14. DPXT (Double Pole X Throw) x=jumlah Throw, misalnya DP4T (Double Pole 4 Throw) 15. Push Button Switch 16. Push Break Switch 23
Gambar 2.11 Simbol Saklar
Gambar 2.12 Simbol DIP Switch
Gambar 2.13 Simbol Saklar DPDT
24
2.4 IC Regulator 2.4.1 Pengertian IC (Integrated Circuit) Integrated Circuit (IC) adalah suatu komponen elektronik yang dibuat dari bahan semi conductor, dimana IC merupakan gabungan dari beberapa komponen seperti Resistor, Kapasitor, Dioda dan Transistor yang telah terintegrasi menjadi sebuah rangkaian berbentuk chip kecil, IC digunakan untuk beberapa keperluan pembuatan peralatan elektronik agar mudah dirangkai menjadi peralatan yang berukuran relatif kecil. Sebelum adanya IC, hampir seluruh peralatan elektronik dibuat dari satuan-satuan komponen (individual) yang dihubungkan satu sama lainnya menggunakan kawat atau kabel, sehingga tampak mempunyai ukuran besar serta tidak praktis. Teknik pembuatan IC sama dengan pembuatan transistor, karena IC memang perkembangan dari transistor. IC dapat diklasifikasikan menurut apliksasinya, yaitu IC digital dan IC analog. Di dalam IC digital terdapat rangkaian jenis saklar (on/ off), sedangkan IC analog berisi rangkaian jenis penguatan. 2.4.2 Jenis-jenis IC 1. IC op-amp Penguat operasional (Op-Amp) adalah suatu blok penguat yang mempunyai dua masukan dan satu keluaran. Penguat operasional (Op-Amp) dikemas dalam suatu rangkaian terpadu (integrated circuit-IC). Salah satu tipe operasional amplifier (Op-Amp) yang populer adalah LM741. IC LM741 merupakan operasional amplifier yang dikemas dalam bentuk dual in-line package (DIP). Kemasan IC jenis DIP memiliki tanda bulatan atau strip pada salah satu 25
sudutnya untuk menandai arah pin atau kaki nomor 1 dari IC tersebut. Penomoran IC dalam kemasan DIP adalah berlawanan arah jarum jam dimulai dari pin yang terletak paling dekat dengan tanda bulat atau strip pada kemasan DIP tersebut. IC LM741 memiliki kemasan DIP 8 pin seperti terlihat pada gambar berikut.
Gambar 2.14 Konfigurasi Pin IC Op-Amp 741 Pada IC ini terdapat dua pin input, dua pin power supply, satu pin output, satu pin NC (No Connection), dan dua pin offset null. Pin offset null memungkinkan kita untuk melakukan sedikit pengaturan terhadap arus internal di dalam IC untuk memaksa tegangan output menjadi nol ketika kedua input bernilai nol. IC LM741 berisi satu buah Op-Amp, terdapat banyak tipe IC lain yang memiliki dua atau lebih Op-Amp dalam suatu kemasan DIP. IC Op-Amp memiliki karakteristik yang sangat mirip dengan konsep Op-Amp ideal pada analisis rangkaian. Pada kenyataannya IC Op-Amp terdapat batasan-batasan penting yang perlu diperhatikan. Pertama, tegangan maksimum power supply tidak boleh melebihi rating maksimum, karena akan merusak IC. Kedua, tegangan output dari IC op amp biasanya satu atau dua volt lebih kecil dari tegangan power supply. Sebagai contoh, tegangan swing output dari suatu op amp dengan tegangan supply 15 V adalah ±13V.
26
Ketiga, arus output dari sebagian besar op amp memiliki batas pada 30mA, yang berarti bahwa resistansi beban yang ditambahkan pada output op amp harus cukup besar sehingga pada tegangan output maksimum, arus output yang mengalir tidak melebihi batas arus maksimum. Pada sebuah peguat operasional (Op-Amp) dikenal beberapa istilah yang sering dijumpai, diantaranya adalah :
Tegangan ofset masukan (input offset voltage) Vio menyatakan seberapa
jauh v+ dan v terpisah untuk mendapatkan keluaran 0 volt.
Arus offset masukan (input offset current) menyatakan kemungkinan
seberapa berbeda kedua arus masukan.
Arus panjar masukan (input bias current) memberi ukuran besarnya arus
basis (masukan).
Harga CMRR menjamin bahwa output hanya tergantung pada (v+) – (v-),
walaupun v+ dan v- masing-masing berharga cukup tinggi. Untuk menghindari keluaran yang berosilasi, maka frekuensi harus dibatasi, unity gain frequency memberi gambaran dari data tanggapan frekuensi. hal ini hanya berlaku untuk isyarat yang kecil saja karena untuk isyarat yang besar penguat mempunyai keterbatasan sehingga output maksimum hanya dihasilkan pada frekuensi yang relative rendah.
27
2. IC power adaptor (regulator)
Pada umumnya catu daya selalu dilengkapi dengan regulator tegangan. Tujuan pemasangan regulator tegangan pada catu daya adalah untuk menstabilkan tegangan keluaran apabila terjadi perubahan tegangan masukan pada catu daya. Fungsi lain dari regulator tegangan adalah untuk perlindungan dari terjadinya hubung singkat pada beban. Salah satu metode agar dapat menghasilkan tegangan output DC stabil adalah dengan menggunakan IC 78XX untuk tegangan positif dan IC 79XX untuk tegangan negatif dalam sistem Regulator Tegangan. Di bawah ini adalah besarnya tegangan output yang dapat dihasilkan IC regulator 78XX dan 79XX dimana XX adalah angka yang menunjukan besar tegangan output stabil. 1.
IC 7805 untuk menstabilkan tegangan DC +5 Volt
2.
IC 7809 untuk menstabilkan tegangan DC +9 Volt
3.
IC 7812 untuk menstabilkan tegangan DC +12 Volt
4.
IC 7824 untuk menstabilkan tegangan DC +24 Volt
5.
IC 7905 untuk menstabilkan tegangan DC -5 Volt
6.
IC 7909 untuk menstabilkan tegangan DC -9 Volt
7.
IC 7912 untuk menstabilkan tegangan DC -12 Volt 28
8.
IC 7924 untuk menstabilkan tegangan DC -24 Volt
IC regulator tersebut akan bekerja sebagai regulator tegangan DC yang stabil jika tegangan input di atas sama dengan atau lebih dari MIV (Minimum Input Voltage), sedangkan arus maksimum beban output yang diperbolehkan harus kurang dari atau sama dengan MC (Maximum Current) sesuai karakteristik masing-masing. Tabel 2.2 IC Regulator
Type
Regulation
Maximum
Minimum Input
IC
Voltage
Current
Voltage
78L05
+5V
0.1A
+7V
78L12
+12V
0.1A
+14.5V
78L15
+15V
0.1A
+17.5V
78M05
+5V
0.5A
+7V
78M12
+12V
0.5A
+14.5V
78M15
+15V
0.5A
+17.5V
7805
+5V
1A
+7V
29
7806
+6V
1A
+8V
7808
+8V
1A
+10.5V
7812
+12V
1A
+14.5V
7815
+15V
1A
+17.5V
7824
+24V
1A
+26V
78S05
+5V
2A
+8V
78S09
+9V
2A
+12V
78S12
+12V
2A
+15V
78S15
+15V
2A
+18V
Angka xx pada bagian terakhir penulisan tipe regulator 78xx merupakan besarnya tegangan output dari regulator tersebut. Kemudian huruh L, M merupakan besarnya arus maksimum yang dapat dialirkan pada terminal output regulator tegangan positif tersebut. Untuk penulisan tanpa huruf L ataupun M (78(L/M)xx) pada regulator tegangan positif 78xx maka arus maksimal yang dapat dialirkan pada terminal outputnya adalah 1 ampere. Karakteristik dan tipe-tipe kemampuan arus maksimal output dari regulator tegangan positif 78xx dapat dilihat pada tabel diatas. Kode huruf pada bagian depan penulisan tipe regulator 78xx merupakan kode produsen (AN78xx, LM78xx, MC78xx) regulator tegangan positif 78xx. 30
Berikut adalah skema elektronik Regulator Tegangan menggunakan IC 78XX dan IC 79XX.
Gambar 2.15 Skematik Regulator Cara kerja rangkaian Tegangan input AC dari PLN 220-240V diturunkan dengan Trafo Stepdown sesuai kebutuhan. Apabila keperluan output adalah 5 Volt DC maka tegangan AC tadi cukup diturunkan menjadi 9V atau 12V. Tegangan AC tersebut disearahkan dengan 4 buah Dioda (Dioda Bridge) kemudian difilter oleh Condensator C1 dan C2. Tegangan yang telah difilter (disaring) masih belum stabil dan belum menghasilkan 5Volt. Di sinilah IC regulator 7805 dan 7905 dipasang untuk menurunkan dan menstabilkan tegangan menjadi 5 Volt. Condensator C3, C4, C5, dan C6 dipasang sebagai penghilang noise (ripple AC yang masih terbawa) sekaligus sebagai filter tambahan. Kombinasi Resistor R1-L1 dan R2-L2 adalah sebagai indikator output.
31
3. IC silinder Bentuk IC jenis ini adalah silinder dan banyak digunakan pada rangkaian penguat pesawat CB (Citizen Band) atau HT (Held Tranceived). IC jenis ini mempunyai tingkat ketahanan dan keawetan lebih lama dari pada jenis IC penguat yang lain. 4. IC timer 555 IC NE555 yang mempunyai 8 pin (kaki) ini merupakan salah satu komponen elektronika yang cukup terkenal, sederhana, dan serba guna dengan ukurannya yang kurang dari 1/2 cm3 (sentimeter kubik). Pada dasarnya aplikasi utama IC NE555 ini digunakan sebagai timer (Pewaktu) dengan operasi rangkaian monostable dan Pulse Generator (Pembangkit Pulsa) dengan operasi rangkaian astable. Selain itu, dapat juga digunakan sebagai Time Delay Generator dan Sequential Timing. Dilihat dari perusahaan pembuatnya, IC NE555 merupakan pabrikan dari Philips
dan
Texas
Instrument.
Sebenarnya
banyak
perusahaan
yang
membuat IC yang serupa dengan NE555 ini. Masing-masing perusahaan mengeluarkan dengan desain dan teknologi yang berbeda-beda. Misalnya, National Semiconductor membuat dan menyebutnya dengan nama LM555, Motorola / ON-Semi mendesainnya dengan transistor CMOS sehingga komsusi powernya cukup kecil dan menamakannya MC1455. Maxim membuat versi CMOS-nya dengan nama M7555. Walaupun namanya berbeda-beda, tetapi fungsi dan diagramnya saling kompatibel (fungsi dan posisi pinnya) antara yang satu dengan yang lainnya. Walaupun kompatibel satu sama lain, tetap saja ada beberapa karakteristik 32
spesifik yang berbeda seperti konsumsi daya, frekuensi maksimum dan lain sebagainya. Kesemuanya itu, lebih jelasnya di sajikan pada datasheet masingmasing pabrikan. Praktisnya, fungsi dan aplikasi IC NE555 ini banyak sekali digunakan diantaranya sebagai pengatur alarm, sebagai penggerak motor DC, bisa digabungkan dengan IC TTL (Transistor-transistor Logic) dan sebagai input jam digital untuk “keperluan yang diinginkan” (kalau hanya untuk jam digital biasa, sudah banyak IC yang bisa langsung digunakan), bisa juga dimanfaatkan dalam rangkaian
saklar
sentuh,
dan
jika
digabungkan
dengan
infra
merah ataupun ultrasonic,. NE555
ini
bisa
dijadikan
sebagai
pemancar
atau
remote
control.
Apalagi jika digabungkan dengan teknik modulasi dan beberapa komponen elektronika yang mendukung, bisa dihasilkan remote control multi channel yang bisa mengontrol beberapa perangkat elektronik lain dalam satu remote (memang jangkauan jaraknya tidak terlalu jauh, paling sekitar 10m – 20m. Beda dengan yang menggunakan frekuensi radio). Untuk keperluan praktis dalam membuat sebuah rangkaian dengan IC ini, yang perlu diketahui adalah posisi dan fungsi masing-masing kakinya saja, yang dapat dilihat seperti berikut:
Gambar 2.16 PIN (Kaki) IC NE555
33
PIN KETERANGAN ke: 1
Ground (0V), adalah pin input dari sumber tegangan DC paling negative
2
Trigger, input negative dari lower komparator (komparator B) yang menjaga osilasi tegangan terendah kapasitor pada 1/3 Vcc dan mengatur RS flip-flop
3
Output, pin keluaran dari IC 555.
4
Reset, adalah pin yang berfungsi untuk me reset latch didalam IC yang akan berpengaruh untuk me-reset kerja IC. Pin ini tersambung ke suatu gate (gerbang) transistor bertipe PNP, jadi transistor akan aktif jika diberi logika low. Biasanya pin ini langsung dihubungkan ke Vcc agar tidak terjadi reset
5
Control voltage, pin ini berfungsi untuk mengatur kestabilan tegangan referensi input negative (komparator A). pin ini bisa dibiarkan tergantung (diabaikan), tetapi untuk menjamin kestabilan referensi komparator A, biasanya dihubungkan dengan kapasitor berorde sekitar 10 nF ke pin ground
6
Threshold, pin ini terhubung ke input positif (komparator A) yang akan me-reset RS flip-flop ketika tegangan pada pin ini mulai melebihi 2/3 Vcc
34
7
Discharge, pin ini terhubung ke open collector transistor internal (Tr) yang emitternya terhubung ke ground. Switching transistor ini berfungsi untuk meng-clamp node yang sesuai ke ground pada timing tertentu
8
Vcc, pin ini untuk menerima supply DC voltage. Biasanya akan bekerja optimal jika diberi 5V s/d 15V. Supply arusnya dapat dilihat di datasheet, yaitu sekitar 10mA s/d 15mA.
Sedangkan untuk mengetahui cara kerja dan detail struktur fisik IC NE555 ini bisa dilihat dari rangkaian/komponen internalnya.
Gambar 2.17 Komponen Internal IC NE555 Pada diagram blok di atas, internal IC NE555 yang kecil ini terdiri dari: 2 buah komparator (Pembanding tegangan), 3 buah Resistor sebagai pembagi tengangan, 2 buah Transistor (dalam praktek dan analisis kerjanya, transistor yang terhubung pada pin 4 biasanya langsung dihubungkan ke Vcc), 1 buah Flip-flop SR yang akan mengatur output pada keadaan logika tertentu, dan 1 buah inverter.
35
Tabel 2.3 Aplikasi dasar IC Timer NE555
Dengan melihat Gambar 2.16 dan Tabel 4.3, secara umum cara kerja internal IC ini dapat dijelaskan bahwa, ketika pin 4 sebagai reset diberi tegangan 0V atau logika low (0), maka ouput pada pin 3 pasti akan berlogika low juga. Hanya ketika pin 4 (reset) yang diberi sinyal atau logika high (1), maka output NE555 ini akan berubah sesuai dengan tegangan threshold (pin 6) dan tegangan trigger (pin 2) yang diberikan. Ketika tegangan threshold pada pin 6 melebihi 2/3 dari supply voltage (Vcc) dan logika output pada pin 3 berlogika high (1), maka transistor internal (Tr) akan turn-on sehingga akan menurunkan tegangan threshold menjadi kurang dari 1/3 dari supply voltage. Selama interval waktu ini, output pada pin 3 akan berlogika low (0). Setelah itu, ketika sinyal input atau trigger pada pin 2 yang berlogika low (0) mulai berubah dan mencapai 1/3 dari Vcc, maka transistor internal (Tr) akan turn-off. Switching transistor yang turn-off ini akan menaikkan tegangan threshod sehingga output IC NE555 ini yang semula berlogika low (0) akan kembali berlogika high (1). Sebetulnya cara kerja dasar IC NE555 merupakan full kombinasi dan tidak terlepas dari semua komponen internalnya yang terdiri dari 3 buah resistor, 2 buah komparator, 2 buah transistor, 1 buah flip-flop dan 1 buah inverter, yang 36
kesemuanya itu akan di bahas pada kesempatan lain. Sekaligus dengan rangkaian/komponen external yang mendukungnya. 5. IC Digital
Gambar 2.18 IC Digital Dalam IC digital, suatu titik elektronis yang berupa seutas kabel atau kaki IC, akan mewujudkan salah satu dari dua keadaan logika, yaitu logika '0' (nol, rendah) atau logika '1' (satu, tinggi). Suatu titik elektronis mewakili satu 'binary digit' atau biasa disingkat dengan sebutan 'bit'. Binary berarti sistem bilangan 'dua-an', yakni bilangan yang hanya mengenal dua angka, 0 dan 1. IC digital dibedakan menjadi dua yaitu : 1. IC TTL (Transistor-Transistor Logic) Pada suatu lingkungan IC TTL logika '0' direpresentasikan dengan tegangan 0 sampai 0,7 Volt arus searah (DC, Direct Current), sedangkan logika '1' diwakili oleh tegangan DC setinggi 3,5 sampai 5 Volt.
Microprocessor Merupakan alat pemroses data yang merupakan pengembangan dari
teknologi pembuatan Integrated Circuit (IC), Ada beberapa peristilahan yang dipakai untuk menunjukan tingkat kepadatan (density) dari suatu chip IC, yaitu Small Scale Integration (SSImengemas beberapa puluh transistor), Medium Scale 37
Integration (MSI-mengemas sampai beberapa ratus transistor), dan sekarang yang sedang berkembang adalah Very Large Scale Integration (VLSImengemas puluhan ribu sampai jutaan transistor). Ultra-Large Scale Integration (ULSI) meningkatkan jumlah tersebut menjadi jutaan. Kemampuan untuk memasang sedemikian banyak komponen dalam suatu keping yang berukurang setengah keping uang logam mendorong turunnya harga dan ukuran komputer. Hal tersebut juga meningkatkan daya kerja, efisiensi dan keterandalan komputer. Chip Intel 4004 yang dibuat pada tahun 1971 membawa kemajuan pada IC dengan meletakkan seluruh komponen dari sebuah komputer (central processing unit, memori, dan kendali input/output) dalam sebuah chip yang sangat kecil. Sebelumnya, IC dibuat untuk mengerjakan suatu tugas tertentu yang spesifik. Sekarang, sebuah mikroprosesor dapat diproduksi dan kemudian diprogram untuk memenuhi seluruh kebutuhan yang diinginkan. Tidak lama kemudian, setiap perangkat rumah tangga seperti microwave oven, televisi, dan mobil dengan electronic fuel injection dilengkapi dengan mikroprosesor. Contoh tentang teknologi ULSI, misalnya microprocessor jenis 8086 mengandung 40.000 buah transistor, 80286 terdiri dari 150.000 transistor, 80386 memuat 250.000 transistor, 80486 mempunyai 1,2 juta transistor, 80586 (Pentium) 3 juta buah transistor lebih sedangkan Intel Core 2 Duo mempunyai 271 juta transistor dan Intel Quad Core 2 Extreme yang terdiri dari empat inti prosesor. Pengembangan lebih lanjut microprocessor 80 inti. Silahkan hitung sendiri kandungan transistornya dan itu akan berkembang secara terus menerus.
38
Permasalahan Pada IC TTL Apabila terjadi permasalahan pada IC jenis TTL maka sebaiknya dilakukan halhal sebagai berikut :
IC logika biasanya dikendalikan oleh suatu detak (Clock) dari sumber detak (Oscilator). Periksa bagian-bagian pembangkit detak, misalnya IC NE 555. Untuk memeriksa keluaran detak dari NE 555, periksa pin 3 dari IC NE 555, sudah menghasailkan detak berupa pulsa atau belum.
Periksa jangan sampai ada kaki (pin) yang dalam keadaan mengambang. Kaki masukan yang tidak terhubung kemana-mana akan dianggap berlogika '1' oleh chip IC TTL.
2. IC CMOS (Complementary Metal Oxyde Semiconductor) Mempunyai salah satu ciri dengan tegangan input lebih fleksibel yaitu antara 3,5 Volt sampai 15 Volt akan tetapi, tegangan input yang melebihi 12 Volt akan memboroskan daya. Ada beberapa hal yang perlu dilakukan untuk menghindari kerusakan pada IC CMOS sebelum dipasangkan kedalam rangkaian. Hal ini perlu dilakukan karena walaupun dari pabrik telah diberi proteksi berupa dioda dan resistor dijalan masuknya namun usaha ini belum menjamin seratus prosen. Tindakantindakan untuk menyelamatkan IC jenis CMOS.
IC CMOS harus selalu disediakan dengan kaki-kakinya ditanam dalam foil plastik menghantar, bukan pada busa atau polistrin yang dikembangkan atau dalam bahan pembawa dari aluminium. IC CMOS tidak boleh dikeluarkan dari dalam kemasannya sampai ia sudah siap untuk dipasangkan pada rangkaian.
39
Berhati-hati untuk tidak menyentuh pin-pin (kaki) IC CMOS sebelum dipasangkan pada rangkaian karena elektrostatik dari tangan manusia dapat merubah dan menambah muatan oksidasi.
IC CMOS harus merupakan komponen terakhir yang dipasangkan pada papan rangkaian. Jangan dimasukan atau ditanggalkan sementara tegangan catu daya disambungkan.
Gunakan pemegang atau soket IC yang sesuai untuk menjaga kestabilan oksidasi dan muatan dalam IC CMOS. IC CMOS perlu dipasangkan pada papan rangkaian dengan langsung disolder maka gunakan besi solder yang sangat kecil bocorannya serta solder harus dibumikan. Meskipun IC CMOS tidak memiliki kekebalan sebagaimana IC jenis lainnya. Masa genting dan mengkhawatirkan hanyalah ketika melepas IC CMOS dari busa foil plastik pelindungnya dan ketika memasangkannya ke dalam rangkaian. Setelah kedua pekerjaan itu terlampaui semua akan berjalan biasa-biasa saja.
Pada papan rangkaian IC CMOS kaki-kaki yang tidak dipergunakan harus tetap diberi kondisi tertentu, seperti '0' atau '1', tetapi tidak boleh dibiarkan tidak terhubung. Apabila dibiarkan tidak terhubung, biasanya IC CMOS akan cepat rusak.
IC merupakan salah satu komponen elektronik yang mudah rusak karena panas, baik panas pada saat disolder maupun pada saat IC bekerja. Untuk menghindari kerusakan IC karena panas pada saat disolder maka perlu dipasang soket IC, sehingga yang terkena panas kaki soketnya. 40
Sedangkan untuk menghindari kerusakan IC karena panas pada saat IC bekerja, maka pada IC perlu dipasang (ditempelkan) plat pendingin dari aluminium atau tembaga yang biasanya disebut heatsink. 2.5. Solenoid Solenoid adalah salah satu jenis kumparan terbuat dari kabel panjang yang dililitkan secara rapat dan dapat diasumsikan bahwa panjangnya jauh lebih besar daripada diameternya. Dalam kasus solenoid ideal, panjang kumparan adalah tak hingga dan dibangun dengan kabel yang saling berhimpit dalam lilitannya, dan medan magnet di dalamnya adalah seragam dan paralel terhadap sumbu solenoid. Kuat medan magnet untuk solenoid ideal adalah:
di mana:
adalah kuat medan magnet,
adalah permeabilitas ruang kosong,
adalah kuat arus yang mengalir, dan
adalah jumlah lilitan.
Jika terdapat batang besi dan ditempatkan sebagian panjangnya di dalam solenoid, batang tersebut akan bergerak masuk ke dalam solenoid saat arus dialirkan. Hal ini dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan tuas, membuka pintu, atau mengoperasikan relay.
41
Gambar 2.19 Solenoid 2.6 Baterai Lithium Polymer Disebut pula dengan LiPo, termasuk baterai rechargeable yang di dalamnya terdiri atas beberapa sel identik jenis polimer kering yang di susun secara paralel untuk meningkatkan tampungan arus listrik. kelebihan bateri ini adalah memiliki bobot yang ringan, memiliki kapasitas penyimpanan energi listrik yang besar dan tingkat discharge yang tinggi harus dibayar dengan umur pendek, usia pakai sekitar 300 - 400 kali siklus pengisian ulang. 1. Tegangan (Voltage) Pada baterai jenis NiCad atau NiMH tiap sel memiliki 1,2 volt sedangkan pada baterai Lipo memiliki rating 3,7 volt per sel. Keuntungannya adalah tegangan baterai yang tinggi dapat dicapai dengan menggunakan jumlah sel yang lebih sedikit. Pada setiap paket baterai LiPo selain tegangan ada label yang disimbolkan dengan “S”. Disini “S” berarti sel yang dimiliki sebuah paket baterai (battery pack). Sementara bilangan yang berada didepan simbol menandakan jumlah sel dan biasanya berkisar antar 2-6S (meskipun kadang ada yang mencapai 10S). Berikut adalah beberapa contoh notasi baterai LiPo.
3.7 volt battery = 1 cell x 3.7 volts
7.4 volt battery = 2 cells x 3.7 volts (2S) 42
11.1 volt battery = 3 cells x 3.7 volts (3S)
14.8 volt battery = 4 cells x 3.7 volts (4S)
18.5 volt battery = 5 cells x 3.7 volts (5S)
22.2 volt battery = 6 cells x 3.7 volts (6S)
2. Kapasitas (Capacity) Kapasitas baterai menunjukkan seberapa banyak energi yang dapat disimpan oleh sebuah baterai dan diindikasikan dalam miliampere hours (mAh). Notasi ini adalah cara lain untuk mengatakan seberapa banyak beban yang dapan diberikan kepada sebuah baterai selama 1 jam, dimana setelah 1 jam baterai akan benar-benar habis. Sebagai contoh sebuah baterai RC LiPo yang memiliki rating 1000 mAh akan benar-benar habis apabila diberi beban sebesar 1000 miliampere selama 1 jam. Apabila baterai yang sama diberi beban 500 miliampere, maka baterai akan benarbenar habis setelah selama 2 jam. Begitu pun apabila beban ditingkatkan menjadi 15.000 miliampere (15 Amps) maka energi di dalam baterai akah habis terpakai setelah selama 4 menit saja. (15 Amp merupakan jumlah beban yang umum digunakan pada RC kelas 400). Seperti yang telah dijelaskan, dengan beban arus yang begitu besar maka merupakan sebuah keuntungan apabila menggunakan baterai dengan kapasitas yang lebih besar (misal 2000 mAh). Dengan begitu maka waktu discharge akan meningkat menjadi 8 menit 3. Discharge Rate Discharge rate biasa disimbolkan dengan “C” merupakan notasi yang menyatakan sebarapa cepat sebuah baterai untuk dapat dikosongkan (discharge) secara aman. Sesuai dengan penjelasan diatas bahwa energi listrik pada baterai 43
LiPo berasal dari pertukaran ion dari anoda ke katoda. Semakin cepat pertukaran ion yang dapat terjadi maka berarti semakin nilai dari “”C”. Sebuah baterai dengan discharge rate 10C berarti baterai tersebut dapat di discharge 10 kali dari kapasitas beterai sebenarnya. begitu juga 15C berarti 15 kali, dan 20C berarti 20 kali. dsb. Mari gunakan contoh baterai 1000 mAh diatas sebagai contoh. Jika baterai tersebut memiliki rating 10C maka berarti baterai tersebut dapat menahan beban maksimum hingga 10.000 miliampere atau 10 Ampere. (10 x 1000 miliampere = 10 Ampere). Angka ini berarti sama dengan 166 mA per menit, maka energi baterai 1000 mAh akan habis dalam 6 menit. Angka ini berasal dihitung dengan mengkalkulasi jumlah arus per menitnya. 1000 mAh dibagi 60 menit = 16,6 mA per menit. Lalu kemudian kalikan 16,6 dengan C rating (dalam hal ini 10) = 166 mA beban per menit. Lalu bagi 1000 dengan 166 = 6,02 menit. 4. Hambatan Dalam (Internal Resistance) Hambatan dalam (Internal Resistance) adalah bilangan yang menyatakan nilaih tahanan yang ada didalam komponen baterai. Hambatan ini akan menentukan kecepatan pertuakan ion dari anoda ke katoda.
Gambar 2.20 Baterai Lithium Polymer
44
2.7 Arduino Uno Arduino Uno adalah board berbasis mikrokontroler pada ATmega328. Board ini memiliki 14 digital input / output pin (dimana 6 pin dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack listrik tombol reset. Pin-pin ini berisi semua yang diperlukan untuk mendukung mikrokontroler, hanya terhubung ke komputer dengan kabel USB atau sumber tegangan bisa didapat dari adaptor AC-DC atau baterai untuk menggunakannya. Board Arduino Uno memiliki fitur-fitur baru sebagai berikut :
1,0 pinout: tambah SDA dan SCL pin yang dekat ke pin aref dan dua pin baru lainnya ditempatkan dekat ke pin RESET, dengan IO REF yang memungkinkan sebagai buffer untuk beradaptasi dengan tegangan yang disediakan dari board sistem. Pengembangannya, sistem akan lebih kompatibel dengan Prosesor yang menggunakan AVR, yang beroperasi dengan 5V dan dengan Arduino Karena yang beroperasi dengan 3.3V. Yang kedua adalah pin tidak terhubung, yang disediakan untuk tujuan pengembangannya.
Circuit Reset
Gambar 2.21 Board Arduino Uno 45
Deskripsi Arduio UNO:
Arduino Uno dapat diaktifkan melalui koneksi USB atau dengan catu daya eksternal. Sumber listrik dipilih secara otomatis. Eksternal (non-USB) daya dapat berupa baik AC-DC adaptor atau baterai. Adaptor ini dapat dihubungkan dengan cara menghubungkan plug pusat – positif 2.1mm ke dalam board colokan listrik. Sedangkan untuk baterai dapat dihubungkan kedalam header pin GND dan Vin dari konektor Power. Board dapat beroperasi pada pasokan daya dari 6 – 20 volt. Jika diberikan dengan kurang dari 7V, bagaimanapun, pin 5V dapat menyeluplai kurang dari 5 volt dan board mungkin tidak stabil. Jika menggunakan lebih dari 12V, regulator bisa panas dan merusak board. Rentang yang dianjurkan adalah 7V – 12V. Selain itu, beberapa pin memiliki fungsi khusus :
46
Serial : 0 (RX) dan 1 (TX). Digunakan untuk menerima (RX) dan mengirim (TX) data TTL serial. Pin ini terhubung ke pin yang sesuai dari chip ATMega8U2 USB-to-Serial TTL.
Eksternal Interupsi : 2 dan 3. Pin ini dapat dapat dikonfigurasi untuk memicu interupsi pada nilai yang rendah, tepi naik atau jatuh, atau perubahan nilai. Lihat attchInterrupt() fungsi untuk rincian.
PWM : 3,5,6,9,10, dan 11. Menyediakan 8-bit output PWM dengan analogWrite() fungsi.
SPI : 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Pin ini mendukung komunikasi SPI menggunakanlibrary SPI.
LED : 13. Ada built-in LED terhubung ke pin digital 13. Ketika pin adalah nilai TINGGI. LED menyala, ketika pin adalah RENDAH, itu off.
Arduino Uno R3 memiliki 6 input analog diberi label A0 sampai A5, masing – masing menyediakan 10-bit resolusi (yaitu 1024 nilai yang berbeda). Secara default sistem mengukur dari ground sampai 5 volt, meskipun mungkin untuk mengubah
ujung
atas
rentang
mengunakan
pin
AREF
dan
fungsi
analogReference(). Selain itu, beberapa pin memiliki fungsi khusus :
TWI : A4 atau SDA pin dan A5 atau SCL pin. Mendukung komunikasi TWI
AREF : Referensi tegangan untuk input analog. Digunakan dengan analogReference()
RESET
47
Memory ATmega328 ini memiliki 32 KB dengan 0,5 KB digunakan untuk loading file. Ia juga memiliki 2 KB dari SRAM dan 1 KB dari EEPROM Input & Output Masing-masing dari 14 pin digital pada Uno dapat digunakan sebagai input atau output, menggunakan fungsi pinMode(), digitalWrite(), dan digitalRead(). Mereka beroperasi di 5 volt. Setiap pin dapat memberikan atau menerima maksimum 40 mA dan memiliki resistor pull-up internal dari 20-50 K. Selain itu, beberapa pin memiliki fungsi khusus:
Serial: 0 (RX) dan 1 (TX). Digunakan untuk menerima (RX) dan mengirimkan (TX) data TTL serial. Pin ini terhubung ke pin yang sesuai dari chip ATmega8U2 USB-to-Serial TTL.
Eksternal Interupsi: 2 dan 3. Pin ini dapat dikonfigurasi untuk memicu interupsi pada nilai yang rendah, tepi naik atau jatuh, atau perubahan nilai. Lihat attachInterrupt () fungsi untuk rincian.
PWM: 3, 5, 6, 9, 10, dan 11. Menyediakan 8-bit output PWM dengan analogWrite () fungsi.
SPI: 10 (SS), 11 (mosi), 12 (MISO), 13 (SCK). Pin ini mendukung komunikasi SPI menggunakan perpustakaan SPI.
LED: 13. Ada built-in LED terhubung ke pin digital 13. Ketika pin adalah nilai TINGGI, LED menyala, ketika pin adalah RENDAH, itu off.
Uno memiliki 6 input analog, diberi label A0 melalui A5, masing-masing menyediakan 10 bit resolusi yaitu 1024 nilai yang berbeda. Secara default sistem mengukur dari tanah sampai 5 volt. 48
TWI: A4 atau SDA pin dan A5 atau SCL pin. Mendukung komunikasi TWI
Aref. Referensi tegangan untuk input analog. Digunakan dengan analogReference ().
Reset. Lihat juga pemetaan antara pin Arduino dan ATmega328 port. Pemetaan untuk ATmega8, 168 dan 328 adalah identik. Komunikasi Arduino memiliki sejumlah fasilitas untuk berkomunikasi dengan komputer, Arduino lain, atau mikrokontroler lain. ATmega328 ini menyediakan UART TTL (5V) komunikasi serial, yang tersedia pada pin digital 0 (RX) dan 1 (TX). Sebuah ATmega16U2 pada saluran board ini komunikasi serial melalui USB dan muncul sebagai com port virtual untuk perangkat lunak pada komputer. Firmware Arduino menggunakan USB driver standar COM, dan tidak ada driver eksternal yang dibutuhkan. Namun, pada Windows, file. Inf diperlukan. Perangkat lunak Arduino termasuk monitor serial yang memungkinkan data sederhana yang akan dikirim ke board Arduino. RX dan TX LED di board akan berkedip ketika data sedang dikirim melalui chip USB-to-serial dan koneksi USB ke komputer. ATmega328 ini juga mendukung komunikasi I2C (TWI) dan SPI. Fungsi ini digunakan untuk melakukan komunikasi inteface pada sistem.
49
Programming Arduino dapat diprogram dengan perangkat lunak Arduino.Pilih Arduino Uno dari Tool lalu sesuaikan dengan mikrokontroler yang digunakan. Para ATmega328 pada Uno Arduino memiliki bootloader yang memungkinkan Anda untuk meng-upload program baru untuk itu tanpa menggunakan programmer hardware eksternal. Ini berkomunikasi menggunakan protokol dari bahas C. Sistem dapat menggunakan perangkat lunak FLIP Atmel (Windows) atau programmer DFU (Mac OS X dan Linux) untuk memuat firmware baru. Atau Anda dapat menggunakan header ISP dengan programmer eksternal . Perangkat Lunak (Arduino IDE) Lingkungan open-source Arduino memudahkan untuk menulis kode dan meng-upload ke board Arduino. Ini berjalan pada Windows, Mac OS X, dan Linux. Berdasarkan Pengolahan, avr-gcc, dan perangkat lunak sumber terbuka lainnya.
Gambar 2.23 Tampilan Framework Arduino UNO 50
Otomatis Software Reset Tombol reset Uno Arduino dirancang untuk menjalankan program yang tersimpan didalam mikrokontroller dari awal. Tombol reset terhubung ke Atmega328 melalui kapasitor 100nf. Setelah tombol reset ditekan cukup lama untuk me-reset chip, software IDE Arduino dapat juga berfungsi untuk mengupload program dengan hanya menekan tombol upload di software IDE Arduino.
Gambar 2.24 Skematik Arduino Uno R3 2.8 Sensor Fingerprint Pemindai sidik jari adalah sebuah perangkat elektronik yang digunakan untuk menangkap gambar digital dari pola sidik jari. Gambar tersebut disebut pemindaian hidup. Pemindaian hidup adalah pemrosesan digital untuk membuat sebuah template biometrik yang disimpan dan digunakan untuk pencocokan. Ini merupakan ikhtisar dari beberapa sidik jari yang lebih umum digunakan sensor teknologi.
51
Proses Pemindaian Proses scan mulai berlangsung saat jari diletakkan pada lempengan kaca dan sebuah kamera CCD mengambil gambarnya. Pemindai memiliki sumber cahaya sendiri, biasanya berupa larik light emitting diodes (LED), untuk menyinari alur sidik jari. Sistem CCD menghasilkan gambar jari yang terbalik, area yang lebih gelap merepresentasikan lebih banyak cahaya yang dipantulkan (bagian punggung dari alur sidik jari), dan area yang lebih terang merepresentasikan lebih sedikit cahaya yang dipantulkan (bagian lembah dari alur sidik jari). Sebelum membandingkan gambar yang baru saja diambil dengan data yang telah disimpan, processor scanner memastikan bahwa CCD telah mengambil gambar yang jelas dengan cara melakukan pengecekan kegelapan rata-rata piksel, dan akan menolak hasil pemindaian jika gambar yang dihasilkan terlalu gelap atau terlalu terang. Jika gambar ditolak, pemindai akan mengatur waktu pencahayaan, kemudian mencoba pengambilan gambar sekali lagi. Jika tingkat kegelapan telah mencukupi, sistem scanner melanjutkan pengecekan definisi gambar, yakni seberapa tajam hasil scan sidik jari. Pemroses memperhatikan beberapa garis lurus yang melintang secara horizontal dan vertikal. Jika definisi gambar sidik jari memenuhi syarat, sebuah garis tegak lurus yang berjalan akan dibuat di atas bagian piksel yang paling gelap dan paling terang. Jika gambar sidik jari yang dihasilkan benar-benar tajam dan tercahayai dengan baik, barulah pemroses akan membandingkannya dengan gambar sidik jari yang ada dalam database.
52
Hasilnya dapat diketahui dalam waktu yang sangat singkat. Apakah Anda benar karyawan perusahaan atau orang suruhan alias joki. Apakah Anda benar pemilik notebook, atau pencuri informasi. Sistem Pembacaan Sensor Sidik Jari Berikut ini uraian beberapa sistem pembacaan yang ditemukan di beberapa sistem sensor sidik jari elektronik, baik sensor online maupun stand alone. 1. Optical (Optis) Teknik pembacaan dengan optical atau optis mempunyai sistem merekam pola sidik jari dengan menggunakan blitz(cahaya). Alat pembaca sidik jari atau fingerprint scanner yang digunakan adalah berupa digital cammera (kamera digital). Untuk lapisan paling atas area untuk meletakkan ujung jari atau permukaan sentuh (scan area). Di bawah scan area, terdapat lampu blitz atau pemancar cahaya yang difungsikan untuk menerangi permukaan ujung jari. Karena sidik jari terkena cahaya maka akan menghasilkan pantulan dari ujung jari yang selanjutnya ditangkap oleh alat penerima. Data tersebut selanjutnya disimpan ke dalam memori. Sistem ini banyak digunakan di berbagai perusahaan penyedia pemindai sidik jari seperti Fingerspot.
Gambar 2.25 Sensor dengan teknik optis
53
2. Ultrasonik Ultrasonik adalah suara atau getaran dengan frekuensi yang sangat tinggi dan tidak bisa didengar oleh telinga manusia, yaitu kira-kira di atas 20 kilo Hertz. Gelombang ultrasonik dapat merambat dalam medium padat, cair dan gas. Tehnik ini hampir sama dengan tehnik yang digunakan dalam dunia kedokteran seperti alat pendeteksi penyakit atau USG. Dalam tehnik ini, digunakan suara berfrekuensi sangat tinggi untuk menembus lapisan epidermal kulit. Suara frekuensi tinggi tersebut dibuat dengan menggunakan transduser piezoelektrik. Pantulan frekuensi tersebut diterima menggunakan alat yang sejenis. Selanjutnya pola pantulan ini dipergunakan untuk menyusun citra sidik jari. Dengan Pembacaan ultrasonik, tangan yang kotor tidak menjadi masalah. Demikian juga dengan permukaan scanner yang kotor tidak akan menghambat proses pembacaan. 3. Capacitive (Kapasitans) Tehnik Kapasitans menggunakan cara pengukuran kapasitant untuk membentuk citra sidik jari. Scan area dan kulit ujung jari yang bersentuhan sebagai kapasitor dari sistem ini. Karena tekstur sidik jari mempunyai ridge (gundukan) dan valley (lembah) pada maka kapasitas dari kapasitor masingmasing orang akan berbeda.
54
Gambar 2.26 Sensor dengan teknik kapasitans 4. Thermal (Suhu) Tehnik Thermal sistem pembacaan dengan menggunakan perbedaan suhu antara ridge (gundukan) dengan valley (lembah) tekstur sidik jari untuk mengetahui pola sidik jari. Cara yang dilakukan adalah dengan menggeser ujung jari (swap) diatas lapisan scan area. Apabila ujung jari hanya diletakkan saja, dalam waktu singkat, suhunya akan sama karena adanya proses keseimbangan.
Gambar 2.27 Sensor dengan teknik thermal Teknik penyimpanan pada mesin absen sidik jari. Setelah proses registrasi atau pendaftaran sidik jari pada mesin absensi sidik jari,atau mesin sidik jari yang difungsikan untuk fungsi lain, maka citra atau pola sidik jari akan disimpan. Dalam proses penyimpanan citra atau pola sidik jari , terdapat beberapa teknik penyimpanan antara lain,
55
1.
Data sidik jari disimpan di dalam perangkat alat absensi sidik jari. Cara ini disebut sabagai pendapat desentralisasi. Biasanya terjadi pada
mesin sidik jari tipe standalone, yakni mesin sidik jari yang dalam pengoperasiannya bisa berjalan tanpa harus terhubung dengan komputer. Data akan tersimpan pada memori yang ada pada mesin. Keuntungan metode ini adalah adanya kecepatan dalam proses pencocokan serta mesin absensi sidik jari bisa diletakan di tempat yang jauh dari computer. Kelemahannya dalah kapasitas yang terbatas sesuai dengan besar memori yang disediakan oleh mesin. Saat ini sudah tersedia mesin absensi sidik jari yang mampu menampung sampai 5000 sidik jari atau lebih. 2.
Data sidik jari disimpan pada database di computer. Cara ini disebut sebagai cara sentrilisasi. Biasanya digunakan pada alat
sidik jari tipe online atau yang harus terhubung dengan computer. Data sidik jari yang harus diregistrasi akan langsung disimpan pada database yang ada pada harddisk computer. Keuntungan cara ini adalah kapasitas penyimpanan yang sangat besar, sesuai dengan kapasitas harddisk komputer. Kelemahannya adalah proses identifikasi yang agak lambat dan wajib adanya computer dalam pengoperasiannya.
56
3.
Data sidik jari disimpan pada kartu pemilik. Cara ini juga disebut sebagai desentralisasi. Data sidik jari akan disimpan
pada kartu sang pemilik. Pertama kali sidik jari harus diregistrasikan ke mesin, kemudian data sidik jari tersebut akan ditulis oleh mesin sidik jari ke kartu tertentu, misalnya mifare card. Proses verifikasi dilakukan menggunakan kartu yang telah ada data sidik jari tersebut. Dalam kondisi banyaknya sidik jari yang tersimpan, mka prose verifikasi akan memakan waktu yang lama. Untuk mengurangi waktu pencarian,maka tersedia beberapa cara mengurangi waktu verifikasi tersebut. Antara lain: 1.
Menggunakan metode one to one Metode
ini
mengharuskan
si
pemilik
atau
karyawan
mengetikan no.id terlebih dahulu baru kemudian meletakan sidik jarinya di alat absen sidik jari. Dengan cara ini, mesin absensi sidik jari akan hanya mengecek citra sidik jari milik no.idtersebut 2.
Mengelompokannya ke dalam grup. Pengguna atau karyawan yang terdaftar pada alat atau mesin sidik jari
dikelompokan berdasarkan kelompok-kelompok dengan cara ini mesin absensi sidik jari hanya akan mencari sidik jari yang ada dalm kelompok karyawan yang bersangkutan.
57
