BAB II TEORI DASAR
2.1
Umum Informasi adalah suatu data yang telah diproses atau diolah kedalam
bentuk yang bermacam-macam sehingga dapat tersampaikan dan bermanfaat untuk penerimanya. Contohnya informasi mempunyai manfaat dan peranan yang sangat dominan dalam suatu organisasi / perusahaan. Tanpa adanya suatu informasi dalam suatu organisasi, para pemimpin tidak dapat bekerja dengan efisien dan efektif. Tanpa tersedianya informasi pun para pemimpin tidak dapat mengambil keputusan dengan cepat dan mencapai tujuan. Sehingga informasi merupakan sebuah keterangan yang bermanfaat untuk para pengambil keputusan dalam rangka mencapai tujuan organisasi yang sudah ditetapkan sebelumnya. Proses informasi terjadi berawal dengan adanya suatu peristiwa yang diyakini kebenarannya, lalu terjadi pengolahan data yang mengacu oleh fakta yang ada dan terjadi penyampaian informasi tersebut dengan cara yang bermacam-macam bentuknya. Penyampaian informasi itu dapat disebut dengan proses informasi, sehingga informasinya dapat diterima dengan baik oleh penerimanya.
6
7
PERISTIWA
FAKTA
DATA
PROSES
INFORMASI
PENERIMA
Gambar 2.1 Proses Informasi Pada saat ini media informasi khususnya media informasi visual sudah banyak yang memanfaatkan LED untuk dapat menampilkan informasi yang ingin disampaikan. Misalnya adalah dot matrik yang sudah digunakan secara global. Dot matrik adalah suatu display LED yang dapat menampilkan karakter, display tersebut membutuhkan jumlah LED yang banyak. Misalnya saja penampil dot matrik 8x5, dot matrik ini membutuhkan 40 buah LED untuk membentuk sebuah karakter. Semakin banyak karakter yang diinginkan maka semakin banyak pula LED yang dibutuhkan. Apabila sebuah dot matrik hendak menampilkan informasi visual sebanyak 20 karakter dalam sekali tampil, dot matrik ini membutuhkan paling tidak 800 buah LED. Jumlah yang cukup banyak hanya untuk menampilkan 20 karakter. Untuk itu dibutuhkan adanya sebuah teknologi display yang dapat menjawab permasalahan tersebut. Sebuah teknologi media informasi visual yang mampu mengurangi pemakaian LED, namun dapat menampilkan banyak karakter sehingga informasi masih dapat tersampaikan. Melihat masalah-masalah diatas, saat ini sudah ada solusi untuk mengurangi pemakaian LED yang terlalu banyak yaitu dengan menggunakan running text. Running text selain dapat menampilkan tulisan berjalan, tapi juga bisa untuk menampilkan gambar atau logo. Namun running text juga tetap menggunakan dot
8
matrik. Running text masih sangat terbatas dalam menampilkan informasi karena manusia yang ingin membacanya harus mengikuti karakter yang berjalan satu per satu. Jika running text ingin menampilkan 20 karakter sekaligus maka display tersebut masih harus menggunakan banyak LED dengan dimensi ukuran yang panjang.
Gambar 2.2 Contoh Running Text Dengan adanya permasalahan-permasalahan diatas, penulis membuat suatu penampil atau display media informasi visual dengan teknik baru yakni “Propeller Display Berbasis Mikrokontroller”. Propeller display merupakan teknik penampil atau display dari efek pancaran cahaya LED yang ditimbulkan dari putaran motor yang cepat. Teknik ini memanfaatkan kedipan LED yang cepat dan bergantian hingga pada kecepatan tertentu dapat membentuk suatu karakter huruf, angka dan simbol sesuai dengan keingingan pengguna. Pada dasarnya terdiri dua bagian pokok yang terdapat pada propeller display diantaranya adalah masukan (input), proses dan keluaran (output). Sehingga dalam pembahasan akan dapat dipermudah dengan menggolongkan beberapa perangkatnya berdasarkan peranan perangkat tersebut dalam kesatuan sistem kerja propeller display.
9
INPUT SENSOR SUARA
.
PROSES (MIKROKONTROLLER)
OUTPUT LED
Gambar 2.3 Ilustrasi Kerja Propeller Display
2.2
Mikrokontroller Mikrokontroller adalah chip tunggal (IC) yang mempunyai beberapa
bagian yang sama dengan komputer dekstop, seperti memori dan I/O port. Mikrokontroller didesain sebagai mesin pengendali menggantikan manusia. Mikrokontroller berasal dari kata mikro yang berarti kecil dan kontroller yang berarti pengendali. Jadi mikrokontroller adalah alat pengendali yang berukuran kecil. Semua jenis perangkat elektronika baik yang bekerja otomatis maupun semi-otomatis semuanya menggunakan mikrokontroller yang bertugas sebagai pusat dari sistem tersebut. Mikrokontroller mampu menghubungkan semua masukan-masukan untuk diproses dan kemudian di jadikan reaksi terjadinya proses kerja pada keluarannya.
10
Gambar 2.4 Single Chip Microcontroller Secara umum mikrokontroller
diartikan sebagai sebuah perangkat
elektronika yang dapat menerima masukan dan memberikan perintah menjadi sebuah keluaran dari perangkat. Sehingga seringkali mikrokontroller digunakan untuk menjadi otak pada robot maupun alat otomatis dengan memanfaatkan segala keunggulannya. Pada mikrokontroller inilah segala keinginan manusia terhadap kerja robot dapat ditanamkan dengan bahasa pemrograman tertentu. Hal ini didasari oleh keberadaan suatu chip yang terdapat pada mikrokontroller tersebut. Fasilitas dasar yang dimiliki oleh mikrokontroller. 1. ALU (Aritmatic-Logic-Unit) atau Unit Aritmatika dan Logika Rangkaian-rangkaian logika yang melaksanakan operasi penjumlahan, pengurangan dan berbagai operasi logika lainnya. 2. Memori Terdapat beragam memori tetapi pada dasarnya hanya terdapat dua tipe utama piranti memori, yaitu RAM (Random Access Memory) dan ROM (Read Only Memory).
11
RAM (Random Access Memory) digunakan untuk menyimpan data secara temporer. Dalam arti data akan hilang ketika pasokan daya ke piranti diputuskan.
ROM (Read Only Memory) digunakan untuk menyimpan beberapa instruksi-instruksi dalam bentuk biner yang dapat dipahami oleh kontroler bersifat sedikit lebih permanen.
3. Timer dan Counter Sebuah fasilitas yang dapat dijadikan batasan waktu dan juga dapat mencacah deretan periode yang dibangkitkan oleh sistem clock. 4. Clock Sebuah kondisi detakan pulsa tetap yang dihasilkan oleh komponen tertentu yang dijadikan sebagai wadah terjadinya kejadian-kejadian pada mikrokontroller.
Kejadian
akan
menempati
waktu-waktu
tertentu
didalamnya. 5. Input dan Output Pin-pin yang dapat dihubungkan dengan masukan dan keluaran. Seperti untuk sensor dan aktuator dan indikator.
Banyaknya jenis mikrokontroller yang ada dipasaran, didasari oleh penggunaan mikrokontroller yang selalu melekat pada sebuah kesisteman perangkat elektronika dan mekatronika. Salah satu jenis mikrokontroller yang saat ini sering digunakan adalah arduino. Arduino sendiri adalah kit elektronik atau papan rangkaian elektronik open source yang di dalamnya terdapat komponen utama yaitu sebuah chip mikrokontroller dengan jenis AVR (Advenced Versatile
12
RISC) dari perusahaan Atmel. Pada mikrokontroller yang digunakan terdapat IC (Intergrated Circuit) yang diproduksi oleh perusahaan besar Atmel yaitu Atmega328P.
Gambar 2.5 IC Atmega328P
2.2.1
Atmega328P Merupakan chip mikrokontroller AVR (Advenced Vertile RISC) keluaran
perusahaan Atmel.
Berdasarkan data sheet Atmega328P terdapat beberapa
kemampuan yang terdapat didalamnya. Hal inilah yang kemudian dikembangkan dalam bentuk papan arduino, kemampuan-kemampuan tersebut seperti halnya kemampuan chip mikrokontroller pada umumnya.
Gambar 2.6 Feature dari Data Sheet Atmega328P
13
Beberapa fasilitas inilah yang dikemas dalam satu chip yang kemudian dipasang pada papan Arduino Uno dengan penambahan-penambahan komponen lain seperti penyediaan sumber tegangan, indikator dan crystal sebagai pembangkit
clock.
Perancangan
papan
Arduino
Uno
sendiri
dengan
memanfaatkan port-port pada Atmega328P dengan jalur rangkaian yang disesuaikan untuk mempermudah penggunaannya.
Gambar 2.7 Pemetaan Port Atmega-328 Dengan Pin Arduino Uno Berdasarkan gambar diatas arduino mulai dirancang sedemikian rupa dengan membedakan beberapa port dengan penggantian istilah nama. Hal ini terlihat pada Arduino Uno sendiri yang hanya akan dijumpai pin digital dan analog saja bukan lagi port pada istilah yang digunakan pada Atmega. Hal ini juga didukung dengan rancangan software khusus yang disebut dengan sketch IDE yang tentu sangat selaras dengan nama dan istilah-itilah yang ada pada papan Arduino Uno.
14
Sketch IDE (Integrated Development Environment) merupakan software yang dirancang untuk memenuhi penggunaan papan arduino dengan bahasa pemrograman sendiri. Pemrograman untuk Arduino dengan menggunakan software ini akan memudahkan para pengguna karena bahasa pemrograman yang dirancang untuk lebih mudah dimengerti. Selain itu keunggulan pada software ini adalah tersedianya beberapa contoh pemrograman untuk sejumlah perangkat seperti blink, motor servo, LCD (Liquid Cristal Display), sensor ultrasonic dan lain sebagainya. Karena pada Sketch IDE (Integrated Development Environment) merupakan bagian software yang open source sehingga memungkinkan kita untuk memprogram bahasa arduino dalam bahasa C/C++ sehingga tidak terbatas dengan penggunaan
bahasa
pokoknya.
Software
IDE
(Integrated
Development
Environment) ini juga memungkinkan untuk menulis sebuah program secara bertahap yang diakhiri dengan langkah penanaman program pada Atmega328.
Gambar 2.8 Sketch IDE (Integrated Development Environment) Beberapa program yang telah dibuat pada perangkat lunak ini dapat langsung ditanam pada chip mikrokontroller pada papan Arduino dengan menggunakan kabel USB (Universal Serial Bus) dengan syarat tidak adanya
15
kesalahan dalam penulisan programnya dan sudah terhubung. Istilah menanam program ke chip mikrokontroller inilah yang sering disebut dengan proses upload.
. Gambar 2.9 Kabel USB
2.2.2
Indikator Indikator adalah jenis komponen yang digunakan untuk penanda dari suatu
kejadian baik saat aktif ataupun juga penanda saat reset. Pada umumnya komponen yang digunakan untuk indikator adalah LED (Light Emitter Diode). LED merupakan suatu semikonduktor yang memancarkan cahaya monokromatik yang tidak koheren ketika diberi tegangan maju.
Gambar 2.10 LED (Light Emitting Diode)
2.3
Motor DC (Direct Current) Merupakan komponen elektronik yang mengubah energi listrik menjadi
energi mekanik berupa gerak rotasi. Pada motor DC (Direct Current) terdapat
16
jangkar dengan satu atau lebih kumparan terpisah. Tiap kumparan berujung pada cincin belah (komutator).
Gambar 2.11 Motor DC (Direct Current) Dengan adanya insulator antara komutator, cincin belah dapat berperan sebagai saklar kutub ganda (double pole, double throw switch). Motor DC (Direct Current) bekerja berdasarkan prinsip gaya “Lorentz”, yang menyatakan ketika sebuah konduktor beraliran arus diletakkan dalam medan magnet, maka sebuah gaya “Lorenz”akan tercipta secara ortogonal diantara arah medan magnet dan arah aliran arus. Mekanisme ini diperlihatkan pada gambar berikut ini.
Gambar 2.12 Mekanisme Motor DC Magnet Permanen Sebuah penggerak yang digunakan pada robot beroda umumnya adalah motor DC (Direct Current) dengan magnet permanen. Motor DC (Direct Current) jenis ini memiliki dua buah magnet permanen sehingga timbul medan magnet diantara kedua magnet tersebut. Didalam medan magnet inilah jangkar / rotor
17
berputar. Jangkar yang terletak di tengah motor memiliki jumlah kutub yang ganjil dan pada setiap kutubnya terdapat lilitan tembaga. Lilitan ini terhubung ke area kontak yang disebut komutator. Sikat (brushed) yang terhubung ke kutub positif dan negatif motor memberikan daya ke lilitan sedemikian rupa sehingga kutub yang satu akan ditolak oleh magnet permanen yang berada didekatnya, sedangkan lilitan lain akan ditarik ke magnet permanen yang lain sehingga menyebabkan jangkar berputar. Ketika jangkar berputar, komutator mengubah lilitan yang mendapat pengaruh polaritas medan magnet sehingga jangkar akan terus berputar selama kutub positif dan negatif motor diberi daya listrik. Pengendalian kecepatan putar motor DC (Direct Current) dapat dilakukan dengan mengatur besar tegangan terminal motor VTM. Metode lain yang biasa digunakan untuk mengendalikan kecepatan motor DC (Direct Current) adalah dengan teknik modulasi lebar pulsa atau PWM (Pulse Width Modulation). Hubungan antara kecepatan, flux medan dan tegangan motor ditunjukkan dalam persamaan berikut: Gaya Elektromagnetik (E)
E = KΦN
Torque (T) : T= K Φ Ia Dimana: E = gaya elektromagnetik yang dikembangkan pada terminal dinamo (volt) Φ = flux medan yang berbanding lurus dengan arus medan N = kecepatan dalam RPM (putaran per menit) T = torque electromagnetik Ia = arus dinamo K = konstanta persamaan
18
2.4
Perangkat Input Perangkat input adalah perangkat atau media untuk memasukkan data dari
luar ke dalam suatu memori dan processor untuk diolah guna menghasilkan informasi yang diperlukan. Pada propeller display perangkat inputnya adalah sensor suara analog yang dipasang dibaling-baling. Fungsi sensor suara pada propeller display adalah untuk memberikan perintah mengganti tulisan yang ingin ditampilkan.
Gambar 2.13 Sensor Suara Analog V2 Sensor suara analog merupakan module sederhana yang berfungsi sebagai telinga bagi mikrokontroller. Menambahkan module ini pada propeller display, berfungsi mengaktifkan aktuator dengan bunyi-bunyi tertentu apakah itu tepukan tangan, ketukan pintu, dan lain sebagainya. Adapun beberapa fitur dan spesifikasi sensor suara yang dipakai adalah sebagai berikut. 1. Range tegangan yang lebih lebar, dari 3.3 - 5V. 2. Standard assembling structure.
19
3. Kemudahan pengenalan interface sensor ("A" untuk analog dan "D" untuk digital). 4. Icon untuk penyederhanaan ilustrasi fungsi sensor. 5. High quality connector. 6. Immersion gold surface. 7. Swift sound intensity detection. 8. Interface: Analog. 9. Size:22x32mm.
Gambar 2.14 Contoh Rangkaian Sensor Suara Dengan Arduino
Gambar 2.15 Contoh Program Testing pada Sensor Analog
20
2.5
Perangkat Output Merupakan perangkat yang bekerja berdasarkan hasil dari proses yang
terjadi pada mikrokontroller. Dalam arti lain bahwa perangkat output adalah perangkat yang akan bekerja setelah adanya perintah dari mikrokontroller. Pada propeller display perangkat outputnya adalah LED (Light Emitting Diode) yang terdiri dari 8 buah LED yang disusun secara berbaris. LED pada propeller display sendiri berfungsi untuk menampilkan sebuah karakter dan tulisan pada saat baling-baling berputar. Light emitting diode atau sering disingkat LED adalah komponen elektronika yang dapat memancarkan cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor. Warna-warna cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada jenis bahan semikonduktor yang dipergunakannya. LED juga dapat memancarkan sinar inframerah yang tidak tampak oleh mata seperti yang sering kita jumpai pada remote control TV ataupun remote control perangkat elektronik lainnya. Bentuk LED mirip dengan sebuah bohlam yang kecil dan dapat dipasangkan dengan mudah kedalam berbagai perangkat elektronika. Berbeda dengan lampu pijar, LED tidak memerlukan pembakaran filamen sehingga tidak menimbulkan panas dalam menghasilkan panas dalam menghasilkan cahaya. Oleh karena itu, saat ini LED yang bentuknya kecil telah banyak digunakan untuk berbagai macam perangkat elektronik.
21
Gambar 2.16 Bentuk LED dan Simbol LED
2.5.1
Cara Kerja LED Seperti dikatakan sebelumnya, LED merupakan keluarga dari dioda yang
terbuat dari semikonduktor. Cara kerjanya pun sama dengan dioda yang memiliki dua kutub yaitu kutub positif (P) dan kutub negatif (N). Ln ED hanya akan memancarkan cahaya apabila dialiri tegangan maju (bias forward) dari anoda menuju ke katoda.
Gambar 2.17 Cara Kerja LED LED terdiri dari sebuah chip semikonduktor yang didoping sehingga menciptakan junction P dan N. Yang dimaksud proses doping pada semikonduktor adalah proses untuk menambahkan ketidakmurnian (impurity) pada semikonduktor yang murni sehingga menghasilkan karakteristik kelistrikan yang diinginkan. Ketika LED dialiri tegangan maju yaitu dari anoda ke katoda, kelebihan elektron pada N-type material akan berpindah ke wilayah yang
22
kelebihan hole (lubang) yaitu wilayah yang bermuatan positif (P-type material). Saat elektron berjumpa dengan hole akan melepaskan photon dan memancarkan cahaya monokromatik (satu warna). LED yang memancarkan cahaya ketika dialiri tegangan maju ini juga dapat mengubah energi listrik menjadi energi cahaya.
2.5.2
Cara Mengetahui Polaritas LED Untuk mengetahui polaritas terminal anoda (+) dan katoda (-) pada LED,
kita dapat melihat dari ciri-ciri terminalnya. Ciri-ciri terminal anoda pada LED adalah kaki yang lebih panjang dan juga lead frame yang lebih kecil. Sedangkan ciri-ciri terminal katoda adalah kaki yang lebih pendek dengan lead frame yang besar.
Gambar 2.18 Cara Melihat Polaritas LED
2.5.3
Warna LED LED memiliki beranekaragam warna, diantaranya warna merah, kuning,
biru, putih, hijau, jingga dan infra merah. Keanekaragaman tersebut tergantung pada wavelength (panjang gelombang) dan senyawa semikonduktor yang
23
dipergunakannya. Berikut ini adalah tabel senyawa semikonduktor yang digunakan untuk menghasilkan variasi warna pada LED : Tabel 2.1 Warna LED Bahan semikonduktor Gallium Arsenide
Wavelength
Warna
850-940nm
Infra merah
630-660nm
Merah
605-620nm
Jingga
585-595nm
Kuning
550-570nm
Hijau
430-505nm
Biru
450nm
Putih
(GaAs) Gallium Arsenide Phospide (GaAsP) Gallium Arsenide Phospide (GaAsP) Gallium Arsenide Phospide (GaAsP:N) Aluminium Gallium Phospide (AlGaP) Silicon carbide (SiC) Gallium Indium Nitride (GaInN)
2.5.4
Tegangan Maju LED Masing-masing warna LED memerlukan tegangan maju untuk dapat
menyalakannya. Tegangan maju untuk LED tersebut tergolong rendah sehingga memerlukan sebuah resistor untuk membatasi arus dan tegangannya agar tidak merusak LED tersebut. Tegangan maju biasanya dilambangkan dengan tanda Vf.
24
Tabel 2.2 Tegangan Maju LED
2.6
Warna
Tegangan maju @20mA
Infra merah
1,2v
Merah
1,8v
Jingga
2,0v
Kuning
2,2v
Hijau
3,5v
Biru
3,6v
Putih
4,0v
Perangkat Pendukung Perangkat yang digunakan untuk menunjang kinerja dari keseluruhan
perangkat baik perangkat output, perangkat kontrol maupun perangkat input. Adapun perangkat-perangkat yang dimaksud adalah power supply dan kabel penghubung.
2.6.1
Power Supply Merupakan perangkat yang menjadi pokok inti bekerja atau tidaknya
sebuah alat elektronika karena memang pada perangkat inilah semua sumber berupa tegangan berada. Pada power supply terdapat macam perangkat yang disatukan seperti baterai dan regulator. 1. Baterai Baterai adalah sebuah alat yang dapat merubah energi kimia yang disimpannya menjadi energi listrik yang dapat digunakan oleh suatu
25
perangkat elektronik. Hampir semua perangkat elektronik yang portabel seperti handphone, laptop, senter, ataupun remote control menggunakan baterai sebagai sumber listriknya. Dengan adanya baterai, kita tidak perlu menyambungkan kabel listrik untuk dapat mengaktifkan perangkat elektronik, sehingga dapat dengan mudah dibawa kemana-mana. Setiap baterai terdiri dari terminal positif (katoda) dan terminal negatif (anoda) serta elektrolit yang berfungsi sebagai penghantar. Output arus listrik dari baterai adalah arus searah atau disebut juga dengan arus DC (direct current). Pada umumnya, baterai terdiri dari 2 jenis utama yakni baterai primer yang hanya dapat sekali pakai (single use battery) dan baterai sekunder yang dapat diisi ulang (rechargeable battery). Baterai primer atau baterai sekali pakai ini merupakan baterai yang paling sering ditemukan di pasaran, hampir semua toko dan supermarket menjualnya. Hal ini dikarenakan penggunaannya yang luas dengan harga yang lebih terjangkau. Baterai jenis ini pada umumnya memberikan tegangan 1,5 Volt dan terdiri dari berbagai jenis ukuran seperti AAA (sangat kecil), AA (kecil) dan C (medium) dan D (besar). Disamping itu, terdapat juga baterai primer (sekali pakai) yang berbentuk kotak dengan tegangan 6 Volt ataupun 9 Volt.
26
Gambar 2.19 Contoh Baterai Primer (sekali pakai) Sedangkan baterai sekunder adalah jenis baterai yang dapat diisi ulang atau rechargeable battery. Pada prinsipnya, cara baterai sekunder menghasilkan arus listrik adalah sama dengan baterai primer. Hanya saja, reaksi kimia pada baterai sekunder ini dapat berbalik (reversible). Pada saat baterai digunakan dengan menghubungkan beban pada terminal baterai (discharge), elektron akan mengalir dari negatif ke positif. Sedangkan pada saat sumber energi luar (charger) dihubungkan ke baterai sekunder, elektron akan mengalir dari positif ke negatif sehingga terjadi pengisian muatan pada baterai. Jenis-jenis baterai yang dapat diisi ulang (rechargeable battery) yang sering kita temukan antara lain seperti baterai Ni-cd (Nickel-Cadmium), Ni-MH (Nickel-Metal Hydride) dan Li-Ion (Lithium-Ion).
27
Gambar 2.20 Contoh Baterai Sekunder (rechargeable battery) 2. Regulator Regulator adalah rangkaian regulasi atau pengatur tegangan keluaran dari sebuah catu daya agar efek dari naik atau turunnya tegangan jala-jala tidak mempengaruhi tegangan catu daya sehingga menjadi stabil. Pada regulator inilah segala kebutuhan yang diperlukan oleh perangkat dapat disesusiakan.
Gambar 2.21 IC Regulator 5V Pada pengaturan besar tegangan ini pada regulator sering kali menggunakan kemampuan IC 780x dengan nilai x yang merupakan keluaran yang dapat dihasilkan dari regulator ini. Maka seperti halnya untuk menyediakan sumber tegangan yang digunakan untuk sensor maka pemilihan jenis IC regulatornya adalah 7805 yang akan menghasilkan
28
keluaran sebesar 5V meskipun dengan masukan tegangan yang diatasnya. Hal ini karena memang salah satu kemampuan dari IC ini adalah dapatnya memotong tegangan masukan untuk menjadi keluaran 5V saja.
Gambar 2.22 Rangkaian Regulator 5V
2.6.2
Kabel Penghubung Merupakan salah satu peralatan yang berfungsi sebagai penghubung dari
satu perangkat ke perangkat lainnya. Terdiri dari bahan konduktor yang cepat menghantarkan listrik yaitu tembaga yang digunakan sebagai penghubung pin dari mikrokontroller ke perangkat output, input, dan penghubung dari baterai ke mikrokontroller.
Gambar 2.23 Kabel Penghubung
