BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Stand Drilling Machine Stand Drilling Machine atau mesin bor berdiri adalah suatu jenis tempat
atau wadah untuk meletakkan mesin bor tangan sehingga bisa digunakan sebagai mesin bor duduk. Pada mesin bor berdiri ini telah dilengkapi dengan tuas untuk mempermudah menaikkan dan menurunkan bor ketika proses pengeboran dilakukan. Pengeboran adalah operasi menghasilkan lubang berbentuk bulat dalam lembaran-kerja dengan menggunakan pemotong berputar yang disebut bor dan memiliki fungsi untuk membuat lubang, membuat lobang bertingkat, dan membesarkan lobang.
Gambar 2.1 Stand Drilling Machine (sumber : http://id.aliexpress.com/w/wholesale-drill-stands-tools.html)
5
6
2.2
Sensor Jarak Ultrasonik PING
Gambar 2.2 Gelombang Ultrasonik (Sumber : http://www.plengdut.com/2014/04/bentuk-sayap-dan-alat-pendeteksi, diakses tanggal 14 Juni 2016)
Ultrasonik adalah sebutan untuk jenis suara yang memiliki frekuensi diatas batas yang bisa didengar oleh manusia. Jenis suara ini dapat didengar oleh beberapa binatang seperti kelelawar dan lumba-lumba, dan digunakan sebagai pengindera untuk penanda benda yang ada di depannya (Misnawati, 2008). Gelombang ultrasonik merupakan gelombang longitudinal dengan frekuensi rata-rata diatas 17 kHz. Gelombang ultrasonik termasuk kedalam gelombang bunyi yang dapat merambat melalui medium padat, cair dan gas (Misnawati, 2008). Sensor ultrasonik bekerja dengan cara memancarkan suatu gelombang dan kemudian menghitung waktu pantulan gelombang tersebut. Gelombang ultrasonik bekerja pada frekuensi mulai dari 20 KHz sampai dengan 20 MHz. Frekuensi kerja yang digunakan dalam gelombang ultrasonik bervariasi tergantung pada medium yang dilalui, mulai dari kerapatan pada fasa gas, cair, hingga padat.
7
Gambar 2.3 Sensor Ultrasonik PING (Sumber : https://www.parallax.com/product/28015, diakses tanggal 14 Juni 2016)
Sensor ultrasonik buatan parallax (Sensor PING) dapat digunakan untuk mengukur jarak sejauh 2 cm sampai 300 cm. Karakteristik dari sensor ultrasonik “PING” adalah :
Tegangan supply
: 5 VDC
Konsumsi arus
: 30 mA (maksimum 35 mA)
Jarak
: 2 cm sampai dengan 300 cm
Input Trigger
: pulsa TTL positif minimal 2 µs, 5 µs typical.
Echo pulse
: pulsa TTL positif, 115 µs sampai dengan 18,5 ms.
Echo Hold-off
: 750 µs
Frekuensi Burst
: 40 KHz untuk 200 µs
Delay untuk pengukuran selanjutnya : minimal 200 µs.
Gambar 2.4 Pin Sensor ultrasonik PING (Sumber : https://arduino-info.wikispaces.com/PING))), diakses tanggal 14 Juni 2016)
8
Penjelasan masing-masing pin Sensor jarak ultrasonik PING adalah sebagai berikut : 1. Vdd merupakan pin masukan catu daya 2. Vss merupakan pin ground 3. SIG merupakan pin I / O
2.2.1 Diagram Waktu Sensor Ultrasonik PING
Gambar 2.5 Diagram Waktu Sensor Ping (Sumber : Wardoyo Siswo.Pengantar Mikrokontroler dan Aplikasi Pada Arduino.Teknosain.Yogyakarta;2015) Keterangan : tOUT
2 µS (min), 5 µS typical
tHOLDOFF
350 µS
tBURST
200 µS @40 kHz
tIN-MIN
115 µS
tIN-MAX
18,5 mS
Pulsa ini akan berlogika low ketika suara pantulan terdeteksi oleh sensor ultrasonik. Maka dari itu, lebar pulsa dapat merepresentasikan jarak antara sensor ultrasonik dengan objek. Selanjutnya mikrokontroler cukup mengukur lebar pulsa tersebut dan melakukan konversi lebar pulsa ke jarak dengan perhitungan sebagai berikut : Jarak = (lebar pulsa / 29,412) / 2 (dalam cm)
9
2.2.2 Prinsip Kerja Sensor Ultrasonik PING
Gambar 2.6 Prinsip kerja sensor ultrasonik PING (Sumber : Wardoyo Siswo.Pengantar Mikrokontroler dan Aplikasi Pada Arduino.Teknosain.Yogyakarta;2015) Sensor ultrasonik terdiri dari sebuah chip pembangkit sinyal 40 KHz, sebuah speaker ultrasonik, dan sebuah microphone ultrasonik. Speaker ultrasonik mengubah sinyal 40 KHz menjadi suara sementara microphone ultrasonik berfungsi untuk mendeteksi pantulan suaranya. Sensor ultrasonik akan mengirimkan suara ultrasonik ketika ada pulsa trigger dari mikrokontroler. Suara ultrasonik dengan frekuensi sebesar 40 KHz akan dipancarkan selama 200 µs. Suara ini akan merambat di udara dengan kecepatan 340 m/s atau 29,412 µs setiap 1 cm mengenai objek dan akan terpantul kembali ke sensor ultrasonik. Selama menunggu pantulan, sensor ultrasonik akan menghasilkan sebuah pulsa. PING mengeluarkan pulsa high pada pin SIG setelah memancarkan gelombang ultrasonik dan setelah gelombang pantulan terdeteksi PING akan membuat output low pada pin SIG. Lebar pulsa high (tIN) akan sesuai dengan lama waktu tempuh gelombang ultrasonik untuk 2x jarak ukur dengan objek. Sehingga jarak dapat ditentukan menggunakan rumus berikut ini : Jarak = (
𝑡𝐼𝑁 (𝑠) 2
𝑡
(𝑠)/2
𝐼𝑁 𝑥 340 (𝑚/𝑠)) = (29,412 ) µ𝑆 / 𝑐𝑚
2.2.3 Bagian-bagian Sensor Ultrasonik PING Sensor Ultrasonik PING memiliki 3 bagian penting yaitu pembangkit sinyal (Piezoelektrik), Pemancar Ultrasonik (Transmitter), dan Penerima Ultrasonik
10
(Receiver). Ketiga bagian tersebut memiliki fungsi dan keperluan masing-masing, penjelasannya adalah berikut : a. Pembangkit Sinyal (Piezoelektrik) Transduser ultrasonik mengubah energi listrik menjadi energi mekanik, dalam bentuk suara dan sebaliknya. Transduser akan mengeluarkan gelombang ultrasonik dengan frekuensi di atas 20 kHz. Transduser ultrasonik akan membangkitkan gelombang dengan frekuensi 40 kHz, transduser akan aktif jika diberi sinyal dengan frekuensi tersebut. Transduser ultrasonik terdiri atas dua macam yaitu pengirim (transmitter) Tx dan penerima (receiver) Rx. Transduser ultrasonik terbuat dari material piezoeletrik, yaitu terbuat dari material quartz (SiO3) atau barium titanat (BaTiO3) yang akan menghasilkan medan listrik pada saat material berubah bentuk atau dimensinya sebagai akibat gaya mekanik.
b. Pemancar Ultrasonik (Transmitter) Pemancar Ultrasonik ini berupa rangkaian yang memancarkan sinyal sinusoidal berfrekuensi di atas 20 KHz menggunakan sebuah transducer transmitter ultrasonik. Rangkaian pemancar gelombang ultrasonik dapat dilihat pada gambar 2.3.
Gambar 2.7 Rangkaian Pemancar Gelombang Ultrasonik (Sumber : http://www.academia.edu/5548910/Jurnal, diakses tanggal 14 Juni 2016)
11
Prinsip kerja dari rangkaian pemancar gelombang ultrasonik tersebut adalah sebagai berikut : 1. Sinyal 40 kHz dibangkitkan melalui mikrokontroler. 2. Sinyal tersebut dilewatkan pada sebuah resistor sebesar 3kOhm untuk pengaman ketika sinyal tersebut membias maju rangkaian dioda dan transistor. 3. Kemudian sinyal tersebut dimasukkan ke rangkaian penguat arus yang merupakan kombinasi dari 2 buah dioda dan 2 buah transistor. 4. Ketika sinyal dari masukan berlogika tinggi (+5V) maka arus akan melewati dioda D1 (D1 on), kemudian arus tersebut akan membias transistor T1, sehingga arus yang akan mengalir pada kolektotr T1 akan besar sesuai dari penguatan dari transistor. 5. Ketika sinyal dari masukan berlogika tinggi (0V) maka arus akan melewati dioda D2 (D2 on), kemudian arus tersebut akan membias transistor T2, sehingga arus yang akan mengalir pada kolektotr T2 akan besar sesuai dari penguatan dari transistor. 6. Resistor R4 dan R6 berfungsi untuk membagi tengangan menjadi 2,5 V. Sehingga pemancar ultrasonik akan menerima tegangan bolak – balik dengan Vpeak-peak adalah 5V (+2,5 V s.d -2,5 V).
c. Penerima Ultrasonik (Receiver)
Gambar 2.8 Rangkaian Penerima Gelombang Ultrasonik (Sumber : http://www.academia.edu/5548910/Jurnal, diakses tanggal 14 Juni 2016)
12
Penerima Ultrasonik ini akan menerima sinyal ultrasonik yang dipancarkan oleh pemancar ultrasonik dengan karakteristik frekuensi yang sesuai. Sinyal yang diterima tersebut akan melalui proses filterisasi frekuensi dengan menggunakan rangkaian band pass filter (penyaring pelewat pita), dengan nilai frekuensi yang dilewatkan telah ditentukan. Kemudian sinyal keluarannya akan dikuatkan dan dilewatkan ke rangkaian komparator (pembanding) dengan tegangan referensi ditentukan berdasarkan tegangan keluaran penguat pada saat jarak antara sensor kendaraan mini dengan sekat/dinding pembatas mencapai jarak minimum untuk berbelok arah. Dapat dianggap keluaran komparator pada kondisi ini adalah high (logika ‘1’) sedangkan jarak yang lebih jauh adalah low (logika‘0’). Logika-logika biner ini kemudian diteruskan ke rangkaian pengendali (mikrokontroler). Prinsip kerja dari rangkaian pemancar gelombang ultrasonik tersebut adalah sebagai berikut : 1. Pertama – tama sinyal yang diterima akan dikuatkan terlebih dahulu oleh rangkaian transistor penguat Q2. 2. Kemudian sinyal tersebut akan di filter menggunakan High pass filter pada frekuensi > 40kHz oleh rangkaian transistor Q1. 3. Setelah sinyal tersebut dikuatkan dan di filter, kemudian sinyal tersebut akan disearahkan oleh rangkaian dioda D1 dan D2. 4. Kemudian sinyal tersebut melalui rangkaian filter low pass filter pada frekuensi <40kHz melalui rangkaian filter C4 dan R4. 5. Setelah itu sinyal akan melalui komparator Op-Amp pada U3. 6. Jadi ketika ada sinyal ultrasonik yang masuk ke rangkaian, maka pada komparator akan mengeluarkan logika rendah (0V) yang kemudian akan diproses oleh mikrokontroler untuk menghitung jaraknya.
2.3
Mikrokontroller AVR Atmega16 Mikrokontroller sebagai suatu terobosan teknologi mikrokontroller dan
mikrokomputer hadir memenuhi kebutuhan pasar (Market Need) dan teknologi baru. Sebagai teknologi baru, yaitu teknologi semikonduktor dengan kandungan
13
transistor yang lebih banyak namun hanya membutuhkan ruang kecil serta dapat diproduksi secara massal (dalam jumlah banyak) sehingga harga menjadi lebih murah (dibandingkan mikroprosesor). Sebagai kebutuhan pasar, mikrokontroler hadir untuk memenuhi selera industri dan para konsumen akan kebutuhan dan keinginan alat-alat bantu dan mainan yang lebih canggih. 2.3.1 Pengertian Mikrokontroller AVR Atmega16 Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer lengkap dalam satu serpih (chip). Mikrokontroler lebih dari sekedar sebuah mikroprosesor karena sudah terdapat atau berisikan ROM (Read-Only Memory), RAM (Read-Write Memory), beberapa bandar masukan maupun keluaran, dan beberapa peripheral seperti pencacah/pewaktu, ADC (Analog to Digital converter), DAC (Digital to Analog converter) dan serial komunikasi. Salah satu mikrokontroler yang banyak digunakan saat ini yaitu mikrokontroler AVR. AVR adalah mikrokontroler RISC (Reduce Instuction Set Compute) 8 bit berdasarkan arsitektur Harvard. Secara umum mikrokontroler AVR dapat dapat dikelompokkan menjadi 3 kelompok, yaitu keluarga AT90Sxx, ATMega dan ATtiny. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral, dan fiturnya. Seperti mikroprosesor pada umumnya, secara internal mikrokontroler ATMega16 terdiri atas unit-unit fungsionalnya Arithmetic and Logical Unit (ALU), himpunan register kerja, register dan dekoder instruksi, dan pewaktu beserta
komponen
kendali
lainnya.
Berbeda
dengan
mikroprosesor,
mikrokontroler menyediakan memori dalam serpih yang sama dengen prosesornya (in chip). 2.3.2 Karakteristik Mikrokontroller AVR Atmega16 Mikrokontroler ini menggunakan arsitektur Harvard yang memisahkan memori program dari memori data, baik bus alamat maupun bus data, sehingga pengaksesan program dan data dapat dilakukan secara bersamaan (concurrent). Secara garis besar mikrokontroler ATMega16 terdiri dari : 1. Arsitektur RISC dengan throughput mencapai 16 MIPS pada frekuensi16Mhz.
14
2. Memiliki kapasitas Flash memori 16Kbyte, EEPROM 512 Byte, dan SRAM 1Kbyte 3. Saluran I/O 32 buah, yaitu Bandar A, Bandar B, Bandar C, dan Bandar D. 4. CPU yang terdiri dari 32 buah register. 5. User interupsi internal dan eksternal 6. Bandar antarmuka SPI dan Bandar USART sebagai komunikasi serial 7. Fitur Peripheral
Dua buah 8-bit timer/counter dengan prescaler terpisah dan mode compare
Satu buah 16-bit timer/counter dengan prescaler terpisah, mode compare, dan mode capture
Real time counter dengan osilator tersendiri
Empat kanal PWM dan Antarmuka komparator analog
8 kanal, 10 bit ADC
Byte-oriented Two-wire Serial Interface
Watchdog timer dengan osilator internal
15
Gambar 2.9 Blok Diagram ATMega16 (Sumber : http://www.circuitstoday.com/atmega32-avr-microcontroller-an-introduction, diakses tanggal 14 Juni 2016)
2.3.3 Konfigurasi Pena (Pin) Atmega16 Konfigurasi pena (pin) mikrokontroler Atmega16 dengan kemasan 40-pena dapat dilihat pada Gambar 2.2. Dari gambar tersebut dapat terlihat ATMega16 memiliki 8 pena untuk masing-masing bandar A (Port A), bandar B (Port B), bandar C (Port C), dan bandar D (Port D).
16
Gambar 2.10 Pin-pin Atmega16 (Sumber : https://www.futurlec.com/Atmel/ATMEGA16.shtml, diakses tanggal 14 Juni 2016)
2.3.4 Deskripsi Mikrokontroler Atmega16 VCC (Power Supply) dan GND(Ground) Bandar A (PA7..PA0) Bandar A berfungsi sebagai input analog pada konverter A/D. Bandar A juga sebagai suatu bandar I/O 8-bit dua arah, jika A/D konverter tidak digunakan. Pin-pin Bandar dapat menyediakan resistor internal pull-up (yang dipilih untuk masing-masing bit). Bandar A output buffer mempunyai karakteristik gerakan simetris dengan keduanya sink tinggi dan kemampuan sumber. Ketika pena PA0 ke PA7 digunakan sebagai input dan secara eksternal ditarik rendah, pena–pena akan memungkinkan arus sumber jika resistor internal pull-up diaktifkan. Pena Bandar A adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif, sekalipun waktu habis. Bandar B (PB7..PB0) Bandar B adalah suatu bandar I/O 8-bit dua arah dengan resistor internal pull-up (yang dipilih untuk beberapa bit). Bandar B output buffer mempunyai karakteristik gerakan simetris dengan keduanya sink tinggi dan kemampuan sumber. Sebagai input, pena Bandar B yang secara eksternal ditarik rendah akan arus sumber jika resistor pull-up
17
diaktifkan. Pena Bandar B adalah tri stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif, sekalipun waktu habis. Bandar C (PC7..PC0) Bandar C adalah suatu bandar I/O 8-bit dua arah dengan resistor internal pull-up (yang dipilih untuk beberapa bit). Bandar C output buffer mempunyai karakteristik gerakan simetris dengan keduanya sink tinggi dan kemampuan sumber. Sebagai input, pena bandar C yang secara eksternal ditarik rendah akan arus sumber jika resistor pull-up diaktifkan. Pena bandar C adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif, sekalipun waktu habis. Bandar D (PD7..PD0) Bandar D adalah suatu bandar I/O 8-bit dua arah dengan resistor internal pull-up (yang dipilih untuk beberapa bit). Bandar D output buffer mempunyai karakteristik gerakan simetris dengan keduanya sink tinggi dan kemampuan sumber. Sebagai input, pena bandar D yang secara eksternal ditarik rendah akan arus sumber jika resistor pull-up diaktifkan. Pena Bandar D adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif, sekalipun waktu habis. RESET (Reset input) XTAL1 (Input Oscillator) XTAL2 (Output Oscillator) AVCC adalah pena penyedia tegangan untuk bandar A dan Konverter A/D. AREF adalah pena referensi analog untuk konverter A/D.
2.3.5 Rangkaian Sistem Minimum ATMega16 Rangkaian sistem minimum adalah rangkaian minimal dimana chip mikrokontroler dapat bekerja (running). Chip AVR Atmega dilengkapi dengan osilator internal sehingga, untuk menghemat biaya (cost), tidak perlu menggunakan kristal/resonator eksternal untuk sumber clock CPU (Winoto, 2010). Untuk membuat rangkaian sistem minimum diperlukan beberapa komponen yaitu : 1. IC mikrokontroler ATMega16
18
2. 3 kapasitor kertas yaitu 22 pF (C2 dan C3) serta 100 nF(C4) 3. 1 kapasitor eletrolit 4.7 uF (cl2) 4. 2 resistor yaitu 100 ohm (R1) dan 10 Kohm (R3) 5. 1 tombol reset pushbutton (PB1) Rangkaian sistem minimum ATMeaga16 dapat dilihat pada gambar 2.3 berikut :
Gambar 2.11 Rangkaian Sistem Minimum ATMega16
Ada beberapa yang harus diperhatikan dalam membuat sistem minimum mikrokontroler, yaitu:
Power Supply Semua komponen elektronika membutuhkan power supply atau sering juga disebut catu daya. Mikrokontroler beroperasi pada tegangan 5 volt. Biasanya
19
pembuatan catu daya mikrokontroler menggunakan IC regulator 7805 agar tegangannya bisa stabil.
Gambar 2.12 Regulator 7805
Osilator (Pembangkit Frekuensi) Pada dasarnya mikrokontroler memiliki sifat seperti manusia. Kalau manusia memiliki jantung untuk bisa hidup maka mikrokontroler memiliki osilator untuk bisa beroprasi. Mikrokontroler sendiri sudah memiliki osilator internal yaitu sebesar 8Mhz tetapi kadang kala agar kinerja mikrokontroler lebih cepat osilator internal tidak bisa menangani kasus tersebut. Oleh karena itu dibutuhkan osilator eksternal (kristal) yang nilainya lebih dari 8Mhz. Perlu diperhatikan mikrokontroler hanya bisa beroperasi sampai 16 Mhz. jadi kalau memilih krsital untuk AVR tidak boleh lebih dari 16Mhz.
Gambar 2.13 Kristal 16 Mhz
20
ISP (In-System Programmable) Sistem Minimum Mikrokontroler dibuat untuk di program. Prinsipnya mikrokontroler bisa diprogram secara parallel atau secara seri. Pemrograman mikrokontroler secara seri atau lebih dikenal dengan ISP tidak perlu memerlukan banyak jalur data. Tapi ISP memiliki kelemahan, jika salah setting fuse bit yang memiliki fungsi fital misal pin reset di disable maka alamat sudah tidak bisa digunakan lagi. Untuk mengembalikan settingan fuse bit tadi, harus menggunakan pemrograman tipe parallel (high voltage programming).
Gambar 2.14 Setting Port ISP
Rangkaian Reset Rangkaian reset sama fungsinya dengan rangkaian reset pada komputer. Fungsi reset di mikrokontroler yaitu untuk merestart program, sehingga kembali ke program awal. Penggunaan reset pada mikrokontroler opsional, bisa di pake atau nggak tergantung si pengguna. 2.4
Relay
Gambar 2.15 Bentuk Fisik Relay (Sumber: http://www.produksielektronik.com/2013/10/Relay, diakses tanggal 14 Juni 2016)
21
Relay adalah sebuah saklar magnetis yang dikendalikan oleh arus secara elektris. Relay menghubungkan rangkaian beban ON dan OFF dengan pemberian energi elektromagnetis, yang membuka atau menutup kontak pada rangkaian. (Frank D. Petruzella,2001:371).
Relay memiliki sebuah kumparan tegangan-rendah yang dililitkan pada sebuah inti. Terdapat sebuah armatur besi yang akan tertarik menuju inti apabila arus mengalir melewati kumparan. Armatur ini terpasang pada sebuah tuas berpegas. Ketika armatur tertarik menuju ini, kontak jalur bersama akan berubah posisinya dari kontak normal-tertutup ke kontak normal-terbuka.
Gambar 2.16 Ilustrasi dari Sebuah Relay (Sumber: Petruzella, Frank D. Elektronika Industri 2001, diakses tanggal 14 Juni 2016)
Secara sederhana Relay elektromekanis ini didefinisikan sebagai berikut : - Alat yang menggunakan gaya elektromagnetik untuk menutup (atau membuka) kontak saklar. - Saklar yang digerakkan (secara mekanis) oleh daya/energi listrik. 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 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
22
- 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 memberi pilihan antara 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 memberi 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. Aplikasi pokok Relay yang lain adalah untuk mengontrol rangkaian beban arus tinggi dengan rangkaian control arus rendah. Hal ini memungkinkan karena arus yang dapat ditangani oleh kontak dapat jauh lebih besar dibandingkan dengan yang diperlukan untuk mengoperasikan kumparan. Kumparan Relay mampu dikontrol dengan sinyal arus rendah dari rangkaina terpadu dan transistor seperti diperlihatkan pada gambar 2.25. Pada rangkain tersebut, sinyal control elektronis menghidupkan atau mematikan transistor yang pada gilirannya menyebabkan kumparan Relay diberi energy atau dihilangkan energinya. Arus pada rangkaina control yang terdiri dari transistor dan kumparan Relay sangat kecil. Arus pada rangkaian daya, terdiri dari kontak-kontak dan motor kecil, jauh lebih besar dalam perbandingan.
Gambar 2.17 Penggunaan Relay untuk mengontrol rangkaian beban arus tinggi dengan rangkaian kontrol arus rendah (Sumber: Petruzella, Frank D. Elektronika Industri 2001, diakses tanggal 14 Juni 2016)
23
Level tegangan pada kumparan Relay yang diberi energi, menyebabkan penghubung kontak yang disebut tegangan pick – up (tegangan tarik). Setelah Relay diberi energi, level tegangan pada kumparan Relay dimana kontak kembali pada kondisi tidak dioperasikan disebut tegangan “drop out” (tegangan lepas). Kumparan Relay dirancang untuk tidak lepas sampai penurunan tegangan pada penurunan tegangan minimum sekitar 85% dari tegangan kerja. Kumparan Relay juga tidak akan menarik (memberi energi) sampai tegangan meningkat pada 85% tegangan kerja. Pada umumnya kumparan akan beroperasi terus menerus pada 110% dari tegangan kerja, tanpa merusakkan kumparan.
2.5
Motor DC (Motor Power Window)
2.5.1 Pengertian Motor DC Power Window Motor DC (Power Window) pada prinsipnya sama dengan motor DC pada umumnya yaitu suatu motor yang dapat mengubah energi listrik searah menjadi mekanis yang berupa tenaga penggerak torsi, kecepatan motor DC dapat dikontrol putarannya sesuai torsi diperlukan untuk memenuhi kebutuhan, perputaran motor DC power window ini dapat diatur melalui driver relay motor DC. Driver relay motor DC difungsikan sebagai driver motor yang sangat cocok sebagai pengendali motor DC yang input tegangannya ≥ 12. Bentuk fisik motor DC Power Window dapat dilihat pada gambar 2.18.
Gambar 2.18 Bentuk Fisik Motor DC ( Sumber : http://www.directindustry.com/prod/electrocraft/product-9175458193.html)
24
Motor DC power window biasanya digunakan untuk menaikan dan menurunkan kaca pada pintu mobil. Motor ini memiliki gear yang dapat mengunci pergerakan, sehingga posisi putaran hanya akan tearah oleh motor DC itu sendiri. Motor ini dibedakan menjadi dua arah posisi motor, yaitu motor kiri dan kanan yang keduanya memiliki posisi gear yang berlawanan. Pada mesin bor PCB otomatis ini, motor DC Power Window difungsikan untuk menaikkan dan menurunkan mesin bor selama proses pengeboran. Berdasarkan fisiknya motor arus searah secara umum terdiri atas bagian yang diam dan bagian yang berputar. Pada bagian yang diam (stator) merupakan tempat diletakkannya kumparan medan yang berfungsi untuk menghasilkan fluksi magnet sedangkan
pada
bagian
yang
berputar
(rotor)
ditempati
oleh
rangkaian jangkar seperti kumparan jangkar, komutator dan sikat. Konstruksi Motor Arus Searah bagian stator dan rotor dapat dilihat pada gambar 2.19 dan gambar 2.20
Gambar 2.19 Konstruksi Motor Arus Searah Bagian Stator ( Sumber : http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/27627/3/Chapter% 20II.pdf)
Gambar 2.20 Konstruksi Motor Arus Searah Bagian Rotor ( Sumber : http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/27627/3/Chapter% 20II.pdf)
25
Penggunaan motor arus searah akhir-akhir ini mengalami perkembangan, khususnya dalam pemakaiannya sebagai motor penggerak. Motor arus searah digunakan secara luas pada berbagai motor penggerak dan pengangkut dengan kecepatan yang bervariasi yang membutuhkan respon dinamis dan keadaan steady-state. Motor arus searah mempunyai pengaturan yang sangat mudah dilakukan dalam berbagai kecepatan dan beban yang bervariasi. Itu sebabnya motor
arus
searah digunakan pada berbagai aplikasi tersebut. Pengaturan
kecepatan pada motor arus searah dapat dilakukan dengan memperbesar atau memperkecil arus yang mengalir pada jangkar menggunakan sebuah tahanan. 2.5.2 Bagian-bagian Motor DC Power Window Sebuah motor DC Power Window memiliki tiga komponen utama yaitu sebagai berikut : 1. Kutub Medan Magnet
Gambar 2.21 Kutub Medan Magnet Pada Motor DC (Sumber : http://blogs.itb.ac.id/el2244k0112211077alpinarief/2013/05/02/motor-dc-2/)
Secara sederhana digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang stasioner dan kumparan motor DC yang menggerakan bearing pada ruang diantara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan: kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar melintasi bukaan diantara kutubkutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih kompleks, terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya dari luar sebagai penyedia struktur medan.
26
2. Kumparan Motor DC
Gambar 2.22 Kumparan Motor DC (Sumber : http://blogs.itb.ac.id/el2244k0112211013muhamadzevnikurniadi/2013/04/28/motor-dcselaras/)
Bila arus masuk menuju kumparan motor DC, maka arus ini akan menjadi elektromagnet. kumparan motor DC yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor DC yang kecil, kumparan motor DC berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutubkutub, sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi, arusnya berbalik untuk merubah kutub-kutub utara dan selatan kumparan motor DC. 3. Komutator Motor DC
Gambar 2.23 Komutator Motor DC (Sumber : http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/magnetic/comtat.html) Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah untuk membalikan arah arus listrik dalam kumparan motor DC. Commutator juga membantu dalam transmisi arus antara kumparan motor DC dan sumber daya.
27
2.5.3 Simbol Motor DC
Gambar 2.24 Simbol Motor DC Motor DC tersusun dari dua bagian yaitu bagian diam (stator) dan bagian bergerak (rotor). Stator motor arus searah adalah badan motor atau kutub magnet (sikat-sikat), sedangkan yang termasuk rotor adalah jangkar lilitanya. Pada motor, kawat penghantar listrik yang bergerak tersebut pada dasarnya merupakan lilitan yang berbentuk persegi panjang yang disebut kumparan. (Sumber : http://elektronika-dasar.web.id/motor-dc/) 2.5.4 Spesifikasi Motor Power Window
Gambar 2.25 Spesifikasi Motor DC Power Window (Sumber : http://www.diytrade.com/china/pd/7308377/power_window_motor.html)
Spesifikasi Motor Power Window Motor Power Window Rate voltage
: DC 12 volt
Operating Voltage Range
: DC 10 – 16 volt
28
Operating Temperature Range :
- 300 C – (+) 800 C - 220 F – (+) 1760 F
Speed
: 40 ± 5 rpm
Load
: 4 N.m
Power Window Relay
: 200mA (coil load) 12 volt 10 A
2.5.5 Jenis-jenis Motor DC Jenis-jenis motor DC adalah sebagai berikut : a. Motor DC sumber daya terpisah (Separately Excited) Jika arus medan dipasok dari sumber terpisah maka disebut motor DC sumber daya terpisah/separately excited. b. Motor DC sumber daya sendiri (Self Excited) Pada jenis motor DC sumber daya sendiri di bagi menjadi 3 tipe sebagi berikut : Motor DC Tipe Shunt Pada motor shunt, gulungan medan (medan shunt) disambungkan secara paralel dengan gulungan dinamo (A). Oleh karena itu total arus dalam jalur merupakan penjumlahan arus medan dan arus dinamo. Karakter kecepatan motor DC tipe shunt adalah : -
Kecepatan pada prakteknya konstan tidak tergantung pada beban (hingga torque tertentu setelah kecepatannya berkurang) dan oleh karena itu cocok untuk penggunaan komersial dengan beban awal yang rendah, seperti peralatan mesin.
-
Kecepatan dapat dikendalikan dengan cara memasang tahanan dalam susunan seri dengan dinamo (kecepatan berkurang) atau dengan memasang tahanan pada arus medan (kecepatan bertambah).
Motor DC Tipe Seri Dalam motor seri, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara seri dengan gulungan dinamo (A). Oleh karena itu, arus medan sama dengan arus dinamo. Karakter kecepatan dari motor DC tipe seri adalah :
29
-
Kecepatan dibatasi pada 5000 RPM
-
Harus dihindarkan menjalankan motor seri tanpa ada beban sebab motor akan mempercepat tanpa terkendali.
(http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/27627/3/Chapter%20II.pdf) Motor DC Tipe Kompon/Gabungan Motor Kompon DC merupakan gabungan motor seri dan shunt. Pada motor kompon, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara paralel dan seri dengan gulungan dinamo (A). Sehingga, motor kompon memiliki torque penyalaan awal yang bagus dan kecepatan yang stabil. Karakter dari motor DC tipe kompon/gabungan ini adalah, makin tinggi persentase penggabungan (yakni persentase gulungan medan yang dihubungkan secara seri), makin tinggi pula torque penyalaan awal yang dapat ditangani oleh motor ini. Motor DC jenis kompon menggunakan lilitan jenis seri dan lilitan shunt yang umumnya dihubungkan sehingga medan-medan bertambah secara kumulatif. Hubungan kedua lilitan ini menghasilkan karakteristik pada motor medan shunt dan motor medan seri. Kecepatan motor tersebut bervariasi lebih sedikit dibandingkan motor shunt, tetapi tidak sebanyak motor seri. Motor DC jenis ini juga mempunyai torsi starting yang sedikit besar atau jauh lebih besar dari motor shunt, tetapi jauh lebih kecil dari motor seri. Veriasi gabungan ini membuat motor kompon memebrikan variasi pengguanaan lebih luas. (Petruzella,
Frank
D.1996
Yogyakarta:ANDI Yogyakarta)
”ELEKTRONIK
INDUSTRI”,
terj.Sumanto.
30
2.5.6 Berbagai Persamaan Pada Motor DC
Gambar 2.26 Magnet Pada Motor DC Kumparan ABCD terletak dalam medan magnet serba sama dengan kedudukan sisi aktif AD dan CB yang terletak tepat lurus arah fluks magnet. Sedangkan sisi AB dan DC ditahan pada bagian tengahnya, sehingga apabila sisi AD dan CB berputar karena adanya gaya lorentz, maka kumparan ABCD akan berputar. Hasil perkalian gaya dengan jarak pada suatu titik tertentu disebut momen, sisi aktif AD dan CB akan berputar pada porosnya karena pengaruh momen putar (T). Setiap sisi kumparan aktif AD dan CB pada gambar diatas akan mengalami momen putar sebesar :
T=F.r Dimana : T = momen putar (Nm) F = gaya tolak (newton) r = jarak sisi kumparan pada sumbu putar (meter)
Pada daerah dibawah kutub-kutub magnet besarnya momen putar tetap karena besarnya gaya lorentz. Hal ini berarti bahwa kedudukan garis netral sisisisi kumparan akan berhenti berputar. Supaya motor dapat berputar terus dengan baik, maka perlu ditambah jumlah kumparan yang digunakan. Kumparankumparan harus diletakkan sedemikian rupa sehingga momen putar yang dialami setiap sisi kumparan akan saling membantu dan menghasilkan putaran yang baik.
31
Dengan pertimbangan teknis, maka kumparan-kumparan yang berputar tersebut dililitkan pada suatu alat yang disebut jangkar, sehingga lilitan kumparan itupun disebut lilitan jangkar. Adapun arus listrik yang melewati kumparan akan menyebabkan terbentuknya GGL lawan (Eb) pada kumparan sebesar :
𝐸𝑏 =
∅. 𝑛. 𝑃 𝑎
Dimana : Eb = GGL lawan (volt) P
= jumlah kutub-kutub motor
a = jumlah cabang sisi kumparan n
= jumlah penghantar
Ф = fluks per kutub (maxwell) (Sumber : http://elektronika-dasar.web.id/motor-dc/)
2.5.7 Kelebihan Motor DC Keuntungan utama motor DC adalah dalam hal pengendalian kecepatan motor DC tersebut, yang tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor ini dapat dikendalikan dengan mengatur :
Tegangan kumparan motor DC – meningkatkan tegangan kumparan motor DC akan meningkatkan kecepatan
Arus medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan. Motor DC tersedia dalam banyak ukuran, namun penggunaannya pada
umumnya dibatasi untuk beberapa penggunaan berkecepatan rendah, penggunaan daya rendah hingga sedang seperti peralatan mesin dan rolling mills, sebab sering terjadi masalah dengan perubahan arah arus listrik mekanis pada ukuran yang lebih besar. Juga, motor tersebut dibatasi hanya untuk penggunaan di area yang bersih dan tidak berbahaya sebab resiko percikan api pada sikatnya.
32
2.6
LCD (Liquid Crystal Display) 16x2 LCD (Liquid Cristal Display) adalah salah satu jenis display elektronik
yang dibuat dengan teknologi CMOS logic yang bekerja dengan tidak menghasilkan cahaya tetapi memantulkan cahaya yang ada di sekelilingnya terhadap front-lit atau mentransmisikan cahaya dari back-lit. LCD (Liquid Cristal Display) berfungsi sebagai penampil data baik dalam bentuk karakter, huruf, angka ataupun grafik. Bentuk LCD 16 x 2 dapat dilihat pada gambar 2.27.
Gambar 2.27 LCD 16x2 (Sumber : http://www.hobbytronics.co.uk/lcd-16-2-backlight, diakses tanggal 16 Juni 2016) Fitur yang disajikan dalam LCD yaitu :
Terdiri dari 16 karakter dan 2 baris
Mempunyai 192 karakter tersimpan
Terdapat karakter generator terprogram
Dapat dialamati dengan mode 4-bit dan 8-bit
Dilengkapi dengan back light
2.6.1 Material LCD LCD adalah lapisan dari campuran organik antara lapisan kaca bening dengan elektroda transparan indium oksida dalam bentuk tampilan seven-segment dan lapisan elektroda pada kaca belakang. Ketika elektroda diaktifkan dengan medan listrik (tegangan), molekul organik yang panjang dan silindris menyesuaikan diri dengan elektroda dari segmen. Lapisan sandwich memiliki polarizer cahaya vertikal depan dan polarizer cahaya horisontal belakang yang diikuti dengan lapisan reflektor.
33
Cahaya yang dipantulkan tidak dapat melewati molekul-molekul yang telah menyesuaikan diri dan segmen yang diaktifkan terlihat menjadi gelap dan membentuk karakter data yang ingin ditampilkan.
2.6.2 Kontroler LCD (Liquid Crystal Display) Kontroler dan penggerak LCD dapat menampilkan karakter alfanumerik, karakter Jepang (katakana), dan beberapa simbol. Kontroler ini mengandung ROM pembentuk karakter (character generator ROM) berukuran 9920 bit yang menghasilkan 240 karakter yang terdiri atas 208 karakter dengan resolusi 5x8 titik (dot, pixel) dan 32 karakter dengan resolusi 5x10 titik. Kontroler ini juga mengandung RAM pembentuk karakter yang dapat menyimpan 64 karakter 8 bit. LCD dapat diprogram menggunakan mode 8-bit atau 4-bit. Mode 8-bit menggunakan 8-bit data (D0-D7) sedangkan mode 4-bit menggunakan 4-bit data (D4-D7). Pada halaman ini ditampilkan contoh pemrograman LCD 16x2 menggunakan mode 4-bit. Mode 4-bit memang sedikit lebih rumit dibanding mode 8-bit, akan tetapi dengan mode 4-bit kita akan menghemat 4 buah pin IO untuk keperluan yang lain. Tabel 2.1 Pin dan Deskripsi LCD
Dalam modul LCD (Liquid Cristal Display) terdapat microcontroller yang berfungsi sebagai pengendali tampilan karakter LCD (Liquid Cristal Display). Microntroller pada suatu LCD (Liquid Cristal Display) dilengkapi dengan memori dan register. Memori yang digunakan microcontroler internal LCD adalah :
34
a. DDRAM (Display Data Random Access Memory) merupakan memori tempat karakter yang akan ditampilkan berada. b. CGRAM (Character Generator Random Access Memory) merupakan memori untuk mengGambarkan pola sebuah karakter dimana bentuk dari karakter dapat diubah-ubah sesuai dengan keinginan. c. CGROM (Character Generator Read Only Memory) merupakan memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter dimana pola tersebut merupakan karakter dasar yang sudah ditentukan secara permanen oleh pabrikan pembuat LCD (Liquid Cristal Display) tersebut sehingga pengguna hanya mengambilnya alamat memori yang sesuai dan tidak dapat merubah karakter dasar yang ada dalam CGROM. Register control yang terdapat dalam suatu LCD diantaranya yaitu : a. Register perintah yaitu register yang berisi perintah-perintah dari mikrokontroler ke panel LCD (Liquid Cristal Display) pada saat proses penulisan data atau tempat status dari panel LCD (Liquid Cristal Display) dapat dibaca pada saat pembacaan data. b. Register data yaitu register untuk menuliskan atau membaca data dari atau keDDRAM. Penulisan data pada register akan menempatkan data tersebut keDDRAM sesuai dengan alamat yang telah diatur sebelumnya. Pin, kaki atau jalur input dan kontrol dalam suatu LCD (Liquid Cristal Display) diantaranya adalah : a. Pin data adalah jalur untuk memberikan data karakter yang ingin ditampilkan menggunakan LCD (Liquid Cristal Display) dapat dihubungkan dengan bus data dari rangkaian lain seperti mikrokontroler dengan lebar data 8 bit.
35
b. Pin RS (Register Select) berfungsi sebagai indikator atau yang menentukan jenis data yang masuk, apakah data atau perintah. Logika low menunjukan yang masuk adalah perintah, sedangkan logika high menunjukan data. c. Pin R/W (Read Write) berfungsi sebagai instruksi pada modul jika low tulis data, sedangkan high baca data. d. Pin E (Enable) digunakan untuk memegang data baik masuk atau keluar. e. Pin VLCD berfungsi mengatur kecerahan tampilan (kontras) dimana pin ini dihubungkan dengan trimpot 5 Kohm, jika tidak digunakan dihubungkan ke ground, sedangkan tegangan catu daya ke LCD sebesar 5 Volt.
