BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 KWH Meter Analog
KWH Meter adalah alat yang digunakan oleh pihak PLN untuk menghitung besar pemakaian daya konsumen. Bagian utama dari sebuah KWH Meter adalah kumparan tegangan, kumparan arus, piringan aluminium, magnet tetap yang tugasnya menetralkan piringan aluminium dari induksi medan magnet dan gear mekanik yang mencatat jumlah perputaran piringan aluminium. Alat ini bekerja menggunakan metode induksi medan magnet, dimana medan magnet tersebut menggerakkan piringan yang terbuat dari aluminium. Putaran piringan tersebut akan menggerakkan counter digit sebagai tampilan jumlah KWH Meter.
Gambar 2.1 KWH Meter Analog dan Counternya
Gambar 2.2.a menggambarkan bagaimana medan magnet memutarkan piringan alumunium. Arus listrik yang melalui kumparan arus mengalir sesuai dengan perubahan arus terhadap waktu. Hal ini menimbulkan adanya medan di permukaan kawat tembaga pada koil kumparan arus. Kumparan tegangan membantu mengarahkan medan magnet agar menerpa permukaan alumunium sehingga terjadi suatu gesekan antara piringan alumunium dengan medan magnet disekelilingnya. Dengan demikian maka piringan tersebut mulai berputar dan kecepatan putarnya dipengaruhi oleh besar kecilnya arus listrik yang melalui kumparan arus.
(a)
(b)
Gambar 2.2 KWH Meter Listrik; (a) Medan Magnet pada KWH Meter (b) Model Fisik KWH Meter
2.1.1 Prinsip Kerja KWH Meter
Berikut diberikan gambar KWH Meter Analog beserta gambar prinsip kerja dari KWH meter tersebut apabila ditinjau dari segi fisika. Dari gambar 2.4 di bawah dapat dijelaskan bahwa arus beban I menghasilkan fluks bolakbalik Φc, yang melewati piringan aluminium dan menginduksinya sehingga menimbulkan tegangan dan eddy current. Kumparan tegangan Bp juga mengasilkan fluks bolak-balik Φp yang memintas arus If. Karena itu piringan mendapat gaya, dan resultan dari torsi membuat piringan berputar.
Gambar 2.3 Prinsip Dasar KWH Meter
Torsi ini sebanding dengan fluks Φp dan arus IF serta harga cosinus dari sudut antaranya. Karena Φp dan IF sebanding dengan tegangan E dan arus beban I, maka torsi motor sebanding dengan EI cos θ, yaitu daya aktif yang diberikan ke beban. Karena itu kecepatan putaran piringan sebanding dengan daya aktif yang terpakai. Semakin besar daya yang terpakai, kecepatan piringan semakin besar, demikian pula sebaliknya. Secara umum perhitungan untuk daya listrik dapat di bedakan menjadi tiga macam, yaitu : 1. Daya kompleks S(VA) = V . I 2. Daya reaktif Q(VAR) = V . I sin φ 3. Daya aktif P(Watt) = V . I cos φ
(2.1)
Hubungan dari ketiga daya diatas dapat dituliskan dengan menggunakan rumus sebagai berikut : S = P2 + Q2 S = (VI ) 2 . (sin 2 φ + cos 2 φ ) S = V .I
(2.2)
Dari ketiga daya diatas, yang terukur pada KWH meter adalah daya aktif, yang dinyatakan dengan satuan Watt.
2.1.2 Perhitungan Biaya KWH Meter
KWH Meter berarti Kilo Watt Hour Meter dan kalau diartikan menjadi n ribu watt dalam satu jamnya. Jika membeli sebuah KWH Meter maka akan tercantum X putaran per KWH, artinya untuk mencapai 1 KWH dibutuhkan putaran sebanyak x kali putaran dalam setiap jamnya. Contohnya jika 900 putaran per KWH maka harus ada 900 putaran setiap jamnya untuk dikatakan sebesar satu KWH. Jumlah KWH itu secara kumulatif dihitung dan pada akhir bulan dicatat oleh petugas besarnya pemakaian lalu dikalikan dengan Tarif Dasar Listrik (TDL) ditambah dengan biaya abonemen dan pajak menghasilkan jumlah tagihan yang harus dibayarkan setiap bulannya.
2.2 Mikrokontroler AVR ATMega 8535
Mikrokontroler dapat dianalogikan dengan sebuah sistem komputer yang dikemas dalam sebuah chip. Di dalam sebuah mikrokontroler sudah terdapat kebutuhan minimal agar mikroprosesor dapat bekerja, yaitu mikroprosesor, ROM, RAM, I/O dan clock seperti halnya sebuah komputer PC. Namun dengan kemasan dan ukuran yang relatif kecil tentu saja spesifikasi meliputi kecepatan, kapasitas memori maupun fitur-fitur yang dimiliki mikrokontroler menjadi lebih rendah dibandingkan PC. Mikrokontroler AVR merupakan keluarga mikrokontroler RISC Reduced Instruction Set Computing) keluaran Atmel.
AVR ATMega 8535 memiliki fitur yang cukup lengkap. AVR memiliki kapasitas memori program dan memori data yang cukup besar, interupsi, timer/counter, PWM, USART, TWI, Analog Comparator, EEPROM internal dan juga ADC internal. Dengan fitur yang cukup lengkap ini dapat dirancang suatu sistem dari yang sederhana sampai yang kompleks cukup dengan menggunakan satu IC saja, yaitu IC ATMega 8535. Selain itu, kemampuan kecepatan eksekusi yang lebih tinggi menjadi alasan banyak konsumen yang beralih menggunakan mikrokontroler AVR ATMega 8535 dibanding mikrokontroler pendahulunya, yaitu keluarga MCS-51.
2.2.1 Arsitektur Mikrokontroler AVR ATMEGA 8535
AVR merupakan mikrokontroler dengan arsitektur Harvard, di mana antara kode program dan data disimpan dalam memori secara terpisah. Umumnya arsitektur Harvard ini menyimpan kode program dalam memori permanen atau semipermanen (nonvolatile) sedangkan data disimpan dalam memori tidak permanen (volatile). Sehingga dengan arsitektur seperti ini memori program mikrokontroler menjadi lebih terlindungi dari spike tegangan dan faktor lingkungan lain yang dapat merusak kode program.
Secara garis besar, arsitektur mikrokontroler ATMega 8535 terdiri dari :
a. 32 saluran I/O (Port A, Port B, Port C dan Port D) b. 10 bit 8 Channel ADC (Analog to Digital Converter) c. 4 Channel PWM d. 6 Sleep Modes : Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Power-Down, Standby and Extended Standby e. 3 buah timer/counter. f. Analog Comparator g. Watchdog timer dengan osilator internal h. 512 byte SRAM i. 512 byte EEPROM j. 8 kb Flash memory dengan kwmampuan Read While Write k. Unit interupsi (internal dan external) l. Port antarmuka SPI8535 “memory map” m. Port USART untuk komunikasi serial dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps n. 4,5 V sampai 5,5 V operation, 0 sampai 16 MHz
Gambar 2.4 Arsitektur ATMega 8535
2.2.2 Peta Memory AVR ATMega 8535
ATMega8535 memiliki ruang pengalamatan memori data dan memori program yang terpisah. Memori data terbagi menjadi 3 bagian yaitu : 32 buah register umum, 64 buah register I/O, dan 512 byte SRAM internal.
Register untuk keperluan umum menempati space data pada alamat terbawah yaitu $00 sampai $1F. Sementara itu register khusus untuk menangani I/O dan kontrol terhadap mikrokontroler menempati 64 alamat berikutnya, yaitu mulai dari $20 sampai $5F. Register tersebut merupakan register yang khusus digunakan untuk mengatur fungsi terhadap berbagai peripheral mikrokontroler, seperti kontrol register, timer/counter, fungsi fungsi I/O, dan sebagainya. Register khusus alamat memori secara lengkap dapat dilihat pada tabel di bawah. Alamat memori berikutnya digunakan untuk SRAM 512 byte, yaitu pada lokasi $60 sampai dengan $25F. Selain itu AVR ATmega8535 juga memilki memori data berupa EEPROM 8-bit sebanyak 512 byte. Alamat EEPROM dimulai dari $000 sampai $1FF.
Gambar 2.5 Memori AVR ATMega 8535
2.2.3 Status Register Status register adalah register berisi status yang dihasilkan pada setiap operasi yang dilakukan ketika suatu instruksi dieksekusi. SREG merupakan bagian dari inti CPU mikrokontroler.
Gambar 2.6 Status Register
Status Register ATMega8535: a. Bit7 --> I (Global Interrupt Enable), Bit harus di Set untuk meng-enable semua jenis interupsi. b. Bit6 --> T (Bit Copy Storage), Instruksi BLD dan BST menggunakan bit T sebagai sumber atau tujuan dalam operasi bit. Suatu bit dalam sebuah register GPR dapat disalin ke bit T menggunakan instruksi BST, dan sebaliknya bit T dapat disalin kembali kesuatu bit dalam register GPR dengan menggunakan instruksi BLD. c. Bi5 --> H (Half Cary Flag) d. Bit4 --> S (Sign Bit) merupakan hasil operasi EOR antara flag -N (negatif) dan flag V (komplemen dua overflow). e. Bit3 --> V (Two's Component Overflow Flag) Bit ini berfungsi untuk mendukung operasi matematis. f. Bit2 --> N (Negative Flag) Flag N akan menjadi Set, jika suatu operasi matematis menghasilkan bilangan negatif. g. Bit1 --> Z (Zero Flag) Bit ini akan menjadi Set apabila hasil operasi matematis menghasilkan bilangan 0. h. Bit0 --> C (Cary Flag) Bit ini akan menjadi set apabila suatu operasi menghasilkan carry.
2.2.4 Konfigurasi Pin Mikrokontroler AVR ATMEGA8535 Mikrokontroler ATMega8535 memiliki 40 pin untuk model PDIP, dan 44 pin untuk model TQFP dan PLCC. Nama-nama pin pada mikrokontroler ini adalah :
a. VCC : merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya b. GND : merupakan pin ground. c. Port A (PA0...PA7) : merupakan pin I/O dan pin masukan ADC d. Port B (PB0 – PB7) : merupakan akan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu sebagai Timer/Counter, komperator analog dan SPI. e. Port C (PC0 – PC7) : merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu TWI, komperator analog, input ADC dan Timer Osilator. f. Port D (PD0 – PD7) : merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu komperator analog, interupsi eksternal dan komunikasi serial. g. RESET : merupakan pin yang digunakan untuk mereset mikrokontroler. h. XTAL1 dan XTAL2 : merupakan pin masukan clock eksternal. i. AVCC : merupakan pin masukan tegangan untuk ADC. j. AREF : merupakan pin tegangan referensi ADC
Gambar 2.7 Konfigurasi Pin IC ATMega 8535
Deskripsi pin-pin pada mikrokontroler ATMega8535 : 1. Port A Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer Port A dapat memberi arus 20 mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port A (DDRA) harus disetting terlebih dahulu sebelum Port A digunakan. Bit-bit DDRA diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port A yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, kedelapan pin port A juga digunakan untuk masukan sinyal analog bagi A/D converter.
2. Port B Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer Port B dapat memberi arus 20 mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port B (DDRB) harus disetting terlebih dahulu sebelum Port B digunakan. Bit-bit DDRB diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port B yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Pin-pin port B juga memiliki untuk fungsi-fungsi alternatif khusus seperti yang dapat dilihat dalam tabel berikut.
Tabel 2.1 Fungsi Pin-pin Port B
3. Port C
Port Pin
Fungsi Khusus
PB0
T0 = timer/counter 0 external counter input
PB1
T1 = timer/counter 0 external counter input
PB2
AIN0 = analog comparator positive input
PB3
AIN1 = analog comparator negative input
PB4
SS = SPI slave select input
PB5
MOSI = SPI bus master output / slave input
PB6
MISO = SPI bus master input / slave output
PB7
SCK = SPI bus serial clock
Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer Port C dapat memberi arus 20 mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port C (DDRC) harus disetting terlebih dahulu sebelum Port C digunakan. Bit-bit DDRC diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port C yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, dua pin port C (PC6 dan PC7) juga memiliki fungsi alternatif sebagai oscillator untuk timer/counter 2.
4. Port D Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer Port D dapat memberi arus 20 mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port D (DDRD) harus disetting terlebih dahulu sebelum Port D digunakan. Bit-bit DDRD diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port D yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, pin-pin port D juga memiliki untuk fungsi-fungsi alternatif khusus seperti yang dapat dilihat dalam tabel berikut.
Tabel 2.2 Fungsi Pin-pin Port D Port Pin
Fungsi Khusus
PD0
RDX (UART input line)
PD1
TDX (UART output line)
PD2
INT0 ( external interrupt 0 input )
PD3
INT1 ( external interrupt 1 input )
PD4
OC1B (Timer/Counter1 output compareB match output)
PD5
OC1A (Timer/Counter1 output compareA match output)
PD6
ICP (Timer/Counter1 input capture pin)
PD7
OC2 (Timer/Counter2 output compare match output)
5. RESET RST pada pin 9 merupakan reset dari AVR. Jika pada pin ini diberi masukan low selama minimal 2 machine cycle maka system akan di-reset. 6. XTAL1
XTAL1 adalah masukan ke inverting oscillator amplifier dan input ke internal clock operating circuit. 7. XTAL2 XTAL2 adalah output dari inverting oscillator amplifier. 8. AVcc Avcc adalah kaki masukan tegangan bagi A/D Converter. Kaki ini harus secara eksternal terhubung ke Vcc melalui lowpass filter.
9. AREF AREF adalah kaki masukan referensi bagi A/D Converter. Untuk operasionalisasi ADC, suatu level tegangan antara AGND dan Avcc harus dibeikan ke kaki ini. 10. AGND AGND adalah kaki untuk analog ground. Hubungkan kaki ini ke GND, kecuali jika board memiliki analog ground yang terpisah.
2.2.5 Timer/Counter
Timer/counter 0 merupakan modul timer/counter 8 bit, berfungsi sebagai pencacah tunggal, pembangkit PWM 8 bit, pembangkit frekuensi, pencacah kejadian eksternal, pembangkit interupsi overflow dan pembangkit interupsi output compare match.
2.2.5.1 Timer Pada mode normal, TCNT1 akan menghitung naik dan membangkitkan interrupt Timer/Counter 1 ketika nilainya berubah dari 0xFFFF ke 0x0000. Seringkali kita menganggap untuk menggunakan timer cukup dengan memasukkan nilai yang diinginkan ke TCNT1 dan menunggu sampai terjadi interrupt. Ini menjadi benar pada timer yang menghitung mundur, tetapi untuk timer yang menghitung maju, maka harus dimasukkan nilai 65536 - (timer value) ke dalam TCNT1.
Gbr 2.8 Blok Diagram Timer 16 Bit 2.2.5.1.1 Register Timer
a. Timer/Counter1 Register Timer/Counter1 Register digunakan untuk menyimpan nilai timer yang diinginkan. TCNT1 dibagi menjadi 2 register 8 bit yaitu TCNT1H dan TCNT1L.
Gbr 2.9 Timer/Counter1 Register
b. Timer/Counter Interrupt Mask Register & TIFR Timer Interrupt Mask Register (TIMSK) dan Timer Interrupt Flag (TIFR) Register digunakan untuk mengendalikan interrupt mana yang diaktifkan dengan cara melakukan setting pada TIMSK dan untuk mengetahui interrupt mana yang sedang terjadi.
Gbr 2.10 Timer/Counter Interrupt Mask Register
Tabel 2.3 Fungsi Khusus TIMSK
Bit
Simbol
Fungsi
7
OCIE2
Timer/Counter2 Output Compare Match Interrupt Enable
6
TOIE2
Timer/Counter2 Overflow Interrupt Enable
5
TICIE1
Timer1 Input Capture Interrupt Enable
4
OCIE1A
Timer/Counter1A Output Compare Match Interrupt Enable
3
OCIE1B
Timer/Counter1B Output Compare Match Interrupt Enable
2
TOIE1
Timer/Counter1 Overflow Interrupt Enable
1
OCIE0
Timer/Counter0 Output Compare Match Interrupt Enable
0
TOIE0
Timer/Counter2 Overflow Interrupt Enable
Gbr 2.11 Timer/Counter Interrupt Flag Register
Tabel 2.4 Fungsi Khusus TIFR Bit
Simbol
Fungsi
7
OCF2
Output Compare Flag2
6
TOV2
Timer/Counter2 Overflow Flag
5
ICF1
Timer1 Input Capture Interrupt Flag
4
OCF1A
Output Compare Flag1A
3
OCF1B
Output Compare Flag1B
2
TOV1
Timer/Counter1 Overflow Flag
1
OCF0
Output Compare Flag0
0
TOV0
Timer/Counter0 Overflow Flag
c. TCCR1B Timer/Counter1 Control Register B digunakan untuk mengatur mode timer, prescaler dan pilihan lainnya.
Gbr 2.12 Timer/Counter1 Control Register B
Tabel 2.5 Deskripsi Clock Select bits CS12
CS11
CS10
Mode Description
0
0
0
Stop Timer/Counter 1
0
0
1
No Prescaler (Timer Clock = System Clock)
0
1
0
Divide Clock by 8
0
1
1
Divide Clock by 64
1
0
0
Divide Clock by 256
1
0
1
Divide Clock by 1024
1
1
0
Increment Timer1 on T1 Pin falling edge
1
1
1
Increment Timer1 on T1 Pin rising edge
Tabel di atas merupakan tabel prescaler dan hubungannya dengan clock eksternal pada pin T1. Terdapat tiga Clock Select Bits (bit pemilih prescaler) timer/counter 1 dalam TCCR1B, yaitu CS12, CS11 dan CS10.
2.2.5.1.2 Perhitungan Waktu Timer
(2.3 )
Dimana: TCNT
: Nilai timer (hex)
fCLK
: Frekuensi
Ttimer
: Waktu
N
: Prescaler(1; 8; 64; 256; 1024)
1+FFFFh
: Nilai maksimum timer(FFFFh) dan overflow saat FFFFh ke 0000h
clock/kristal yang digunakan (Hz)
timer yang diinginkan (detik)
2.2.5.2 Prescaler Timer pada dasarnya hanya menghitung pulsa clock. Frekuensi pulsa clock yang dihitung tersebut bisa sama dengan frekuensi crystal yang dipasang atau dapat diperlambat menggunakan prescaler dengan faktor 8, 64, 256 atau 1024.
Sebagai contoh, jika sebuah AVR menggunakan kristal dengan frekuensi 8 MHz dan timer yang digunakan adalah timer 16 bit, maka maksimum waktu timer yang bisa dihasilkan adalah : TMAX = 1/fCLK x (FFFFh+1) = 0.125uS x 65536 = 0.008192 S
Untuk menghasilkan waktu timer yang lebih lama dapat digunakan prescaler, misalnya 1024, maka maksimum waktu timer yang bisa dihasilkan adalah : TMAX = 1/fCLK x (FFFFh+1) x N = 0.125uS x 65536 x 1024 = 8.388608 S Ketika prescaler digunakan, waktu timer dapat diperpanjang namun tingkat ketelitiannya menjadi turun. Misalnya dengan prescaler 1024 nilai timer akan bertambah 1 setiap kelipatan 1024 pulsa dan membutuhkan waktu 1/fCLK x 1024 = 0.125uS x 1024 = 128 uS bandingkan tingkat resolusi ini jika tanpa precsaler (0.125uS).
2.2.6 Pulse Width Modulation
Timer/counter 0 merupakan modul timer/counter 8 bit, berfungsi sebagai pencacah tunggal, pembangkit PWM 8 bit, pembangkit frekuensi, pencacah kejadian eksternal, pembangkit interupsi overflow dan pembangkit interupsi output compare match.
Tabel 2.6 Mode Timer/counter 0 WGM
WGM
Timer/counter
01
00
Mode of Operation
0
0
0
Normal
0xFF
1
0
1
PWM, Phase Correct
0xFF
2
1
0
CTC
OCR0
3
1
1
Fast PWM
0xFF
Mode
TOP
Mode 0: Timer/counter 0 berfungsi sebagai pencacah tunggal yang dapat mencacah dari 0x00 sampai dengan 0xFF. Setelah mencapai nilai maksimal 0xFF maka register counter (TCNT0) akan reset atau kembalike 0x00. Mode ini disebut dengan mode normal. Mode 1: Timer/counter 0 berfungsi sebagai phase correct PWM (PCP). Mode ini digunakan untuk menghasilkan sinyal PWM, dimana nilai register counter (TCNT0) yang mencacah naik dan turun secara terus-menerus akan selalu dibandingkan dengan register pembanding OCR0. Hasil perbandingan register TCNT0 dan OCR0 digunakan untuk membangkitkan sinyal PWM yang dikeluarkan oleh pin OC0. Mode 2: Timer/counter 0 berfungsi sebagai Clear Timer on Compare Match (CTC). Maksudnya adalah register counter (TCNT0) akan mencacah naik kemudian akan direset atau kembali menjadi 0x00 pada saat nilai TCNT0 sama dengan OCR0. Mode 3: Timer/counter 0 berfungsi sebagai Fast PWM. Mode ini hampir sama dengan mode phase correct PWM, hanya perbedaannya adalah register counter(TCNT0) mencacah naik saja dan tidak pernah mencacah turun.
2.2.7 Analog to Digital Converter
Mikrokontroler AVR ATMega 8535 memiliki fasilitas Analog to Digital Converter (ADC) yang sudah built-in dalam chip. Fitur ADC internal inilah yang menjadi salah satu kelebihan mikrokontroler ATMega 8535 bila dibandingkan dengan beberapa jenis mikrokontroler yang lain. Dengan adanya ADC internal ini kita tidak akan direpotkan lagi dengan kompleksitas hardware saat membutuhkan proses pengubahan sinyal dari analog ke digital seperti yang harus dilakukan jika kita memakai komponen IC ADC eksternal. ATMega 8535 memiliki resolusi ADC-10 bit dengan 8 channel input dan mendukung 16 macam penguat beda. ADC ini bekerja dengan teknik successive approximation. Rangkaian internal ADC harus sama dengan VCC ± 0.3V. (Agus Bejo, 2008).
Data hasil konversi ADC dirumuskan sebagai berikut: 1. Untuk Konversi Tunggal
2. Untuk Penguat Beda
dimana: Vin
: tegangan masukan pada pin yang dipilih
Vref
: tegangan referensi yang dipilih
Vpos : tegangan masukan pada pin positif Vneg : tegangan masukan pada pin negatif Gain
: faktor penguatan
Untuk mengatur mode dan cara kerja ADC dilakukan melalui register ADMUX, ADCSRA,ADCL, ADCH dan SFIOR.
2.3 Liquid Crystal Display
Liquid Crystal Display (LCD) adalah display tipis visual datar elektronik yang menggunakan sifat modulasi cahaya kristal cair (LC). LCD digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk monitor komputer, televisi, panel instrumen, display kokpit pesawat, signage, dan lain-lain. LCD yang umum dalam perangkat konsumen seperti pemutar video, perangkat game, jam, jam tangan, kalkulator, dan telepon. LCD telah menggantikan tabung sinar katoda (CRT) menampilkan dalam sebagian besar aplikasi.
LCD adalah material yang akan mengalir seperti cairan tapi memiliki struktur molekul dengan sifat-sifat yang bersesuaian dengan padatan (solid). Ada 2 tipe utama LCD yang dikembangkan pada saat ini yaitu field effect dan dynamic scattering. Keunggulan LCD dibanding LED adalah memerlukan daya (power) yang lebih rendah, display yang lebih lengkap (angka, huruf grafis dan warna) serta kemudahan dalam programing. Kerugiannya dibandingkan dengan LED adalah waktu hidup (lifetime) yang lebih singkat, waktu tanggap yang lebih lambat, serta memerlukan sumber cahaya baik internal atau eksternal untuk operasional.
LCD berfungsi menampilkan suatu nilai hasil sensor, menampilkan teks, atau menampilkan menu pada aplikasi mikrokontroler. LCD yang digunakan adalah jenis LCD M1632. LCDM1632 merupakan modul LCD dengan tampilan 16 x 2 baris dengan konsumsi daya rendah. M1632 adalah merupakan modul LCD dengan tampilan 16 x 2 baris dengan konsumsi daya yang rendah.
Modul ini dilengkapi dengan mikrokontroler yang didisain khusus untuk mengendalikan LCD. Kegunaan LCD banyak sekali dalam perancangan suatu sistem dengan menggunakan mikrokontroler. LCD berfungsi untuk menampilkan suatu nilai hasil sensor, teks, atau menu pada aplikasi mikrokontroler. Pada bab ini akan dibahas antarmuka LCD dengan mikrokontroler ATMega8535.
Gambar 2.15 Liquid Crystal Display Urutan pin (1), umumnya, dimulai dari sebelah kiri (terletak di pojok kiri atas) dan untuk LCD yang memiliki 16 pin, 2 pin terakhir (15 & 16) adalah anoda dan katoda untuk back-lighting.
Tabel 2.6 Fungsi pin-pin pada Liquid Crystal Display Pin
Simbol dan Fungsi
1
GND
2
Vcc (+5V)
3
Contrast Adjust
4
(RS); 0 = Instruction Input, 1 = Data Input
5
(R/W); 0 = Write to LCD Module, 1 = Read from LCD Module
6
(E); Enable Signal
7
(DB0); Data Pin 0
8
(DB1); Data Pin 1
9
(DB2); Data Pin 2
10
(DB3); Data Pin 3
11
(DB4); Data Pin 4
12
(DB5); Data Pin 5
13
(DB6); Data Pin 6
14
(DB7); Data Pin 7
15
(VB+); back light (+5V)
16
(VB-); back light (GND)
Sebagaimana terlihat pada kolom deskripsi (symbol and functions), interface LCD merupakan sebuah parallel bus, dimana hal ini sangat memudahkan dan sangat cepat dalam pembacaan dan penulisan data dari atau ke LCD. Kode ASCII yang ditampilkan sepanjang 8 bit dikirim ke LCD secara 4 atau 8 bit pada satu waktu. Jika mode 4 bit yang digunakan, maka 2 nibble data dikirim untuk membuat sepenuhnya 8 bit (pertama dikirim 4 bit MSB lalu 4 bit LSB dengan pulsa clock EN setiap nibblenya). Berikut adalah contoh LCD (2×16) yang umum digunakan :
Gambar 2.16 LCD M1632 Jalur kontrol EN digunakan untuk memberitahu LCD bahwa mikrokontroller mengirimkan data ke LCD. Untuk mengirim data ke LCD program harus menset EN ke kondisi high (1) dan kemudian menset dua jalur kontrol lainnya (RS dan R/W) atau juga mengirimkan data ke jalur data bus. Saat jalur lainnya sudah siap, EN harus diset ke 0 dan tunggu beberapa saat (tergantung pada datasheet LCD), dan set EN kembali ke high (1). Ketika jalur RS berada dalam kondisi low (0), data yang dikirimkan ke LCD dianggap sebagai sebuah perintah atau instruksi khusus (seperti bersihkan layar, posisi kursor dll). Ketika RS dalam kondisi high atau 1, data yang dikirimkan adalah data ASCII yang akan ditampilkan dilayar. Misal, untuk menampilkan huruf pada layar maka RS harus diset ke 1. Jalur kontrol R/W harus berada dalam kondisi low (0) saat informasi pada data bus akan dituliskan ke LCD. Apabila R/W berada dalam kondisi high (1), maka program akan melakukan query (pembacaan) data dari LCD.
Instruksi pembacaan hanya satu, yaitu Get LCD status (membaca status LCD), lainnya merupakan instruksi penulisan. Jadi hampir setiap aplikasi yang menggunakan LCD, R/W selalu diset ke 0. Jalur data dapat terdiri 4 atau 8 jalur (tergantung mode yang dipilih pengguna), mereka dinamakan DB0, DB1, DB2, DB3, DB4, DB5, DB6 dan DB7. Mengirim data secara parallel baik 4 atau 8 bit merupakan 2 mode operasi primer. Untuk membuat sebuah aplikasi interface LCD, menentukan mode operasi merupakan hal yang paling penting.
Mode 8 bit sangat baik digunakan ketika kecepatan menjadi keutamaan dalam sebuah aplikasi, dan setidaknya tersedia 11 pin I/O (3 pin untuk kontrol, 8 pin untuk data). Sedangkan mode 4 bit minimal hanya membutuhkan 7 bit (3 pin untuk kontrol, 4 untuk data). Aplikasi dengan LCD dapat dibuat dengan mudah dan waktu yang singkat, mengingat koneksi paralel yang cukup mudah antara kontroler dan LCD.
2.3.1 Fungsi Register LCD
Modul display LCD sudah dilengkapi dengan sebuah kontroler yang memiliki dua register 8 bit yaitu instruction register (IR) dan data register (DR). IR menyimpan kode instruksi, seperti display clear, cursor shift dan informasi address untuk display data RAM (DDRAM) dan character generator (CGRAM).
Tabel 2.7 Register LCD RS
R/W
Operation
0
0
Menulis instruksi ke IR, seperti display clear, cursor shift
0
1
Membaca busy flag (DB7) dan address counter (DB0 s/d DB7)
1
0
Menulis data ke DDRAM atau CGRAM
1
1
Membaca data dari DDRAM atau CGRAM
2.4 Relay
Relay adalah saklar yang diaktifkan dengan memberikan tegangan listrik pada lilitannya. Pada saat lilitan dialiri arus, lilitan tersebut akan menarik plat besi sehingga menghubungkan satu kaki dengan kaki lainnya. Kaki - Kaki relai ada beberapa macam yaitu Normally open, Normally close, dan Common. Normally open artinya Hubungan terbuka jika lilitan relai tidak diberi tegangan. Normally close artinya hubungan tertutup jika lilitan relai tidak diberi tegangan.
Relay berfungsi untuk menghubungkan atau memutus aliran arus listrik yang dikontrol dengan memberikan tegangan dan arus tertentu pada koilnya. Relay biasanya hanya mempunyai satu kumparan tetapi relay dapat mempunyai beberapa kontak. Dalam memutus atau menghubungkan kontak digerakkan oleh fluksi yang ditimbulkan dari adanya medan magnet listrik yang dihasilkan oleh kumparan yang melilit pada besi lunak.
Gambar 2.17 Relay OMRON 8 Pin
2.4.1 Prinsip Kerja Relay
Kontak Normally Open akan membuka ketika tidak ada arus mengalir pada kumparan, tetapi tertutup secepatnya setelah kumparan menghantarkan arus atau diberi tenaga. Kontak normally Close akan tertutup apabila kumparan tidak diberi tenaga dan membuka ketika kumparan diberi daya. Masing-masing kontak biasanya digambarkan sebagai kontak yang tampak dengan kumparan tidak diberi tanaga atau daya.
Kontak NO (Normally Open) Kontak NC (Normally Close) CR 2 Simbol CR1 Simbol Coil Relay
CR Simbol
Gambar 2.18 Relay Elektromekanis
2.5 Dual In-line Packet (DIP) Switch
DIP Switch adalah saklar listrik manual yang dikemas dalam satu kelompok dalam standar paket ganda sebaris (dual in-line packet). DIP Switch didesain untuk digunakan dalam Printed Board Circuit (PCB) bersama dengan komponen elektronika lainnya, dan umumnya digunakan untuk menyesuaikan perilaku perangkat elektronika untuk situasi tertentu. Keuntungan utama pemakaian DIP Switch adalah lebih cepat dalam mengubah kondisi dan tidak ada bagian yang hilang.
Gbr 2.19 Dual In-line Packet Switch
Tabel 2.8 Spesifikasi DIP Switch Fitur
Spesifikasi
Electrical Electrical life
2000 operation cycles per switch 24VDC, 25mA
Non-Switching Rating
100mA, 50 VDC
Switching Rating
25mA, 24VCD
Contact resistance
(a) 50mΩ max. at initial (b) 100mΩ max. after life test.
Insulation resistance
100MΩ min. (at 500VDC)
Dielectric Strength
500VAC/1 minute
Capacitance
5pF max
Circuit
Single pole single throw
Mechanical Mechanical life
2000 operations per cycle switch
Operation Force
800gf max
Stroke
2.0mm
Operation Temp
-25° C to +70° C
Storage Temp
-40° C to +85° C
2.6 RF 434 MHz
Modul ini terdiri dari Pemancar TLP 434 dan Penerima RLP 434. Modul yang digunakan adalah TLP/RLP 434 buatan Laipac. Modul ini tidak dapat diuji dengan cara memberikan logika 1 atau 0 saja, tetapi harus diberikan pulsa. Sumber pulsa berasal dari Function Generator, Timer, dll.
Gbr 2.20 Pemancar TLP 434 dan Penerima RLP 434
Tabel 2.9 Penjelasan pin TLP 434 dan RLP 434 TLP 434
RLP 434
1
GND
1
GND
2
Data In
2
Digital Data Output
3
VCC
3
Linier Output
4
Antenna
4
VCC
5
VCC
6
GND
7
GND
8
Antenna
Adapun proses pengiriman gelombang digunakan dengan konsep modulasi. Modulasi dapat diartikan sebagai proses penyisipan atau penitipan sinyal-sinyal informasi pada sinyal pembawa pada sisi akhir dari alat pengirim atau pemancar. Proses ini menggunakan kemudahan frekuensi yang lebih tinggi, dengan panjang gelombang pendek untuk menyalurkan sinyal-sinyal dengan frekuensi rendah.
2.7 Antena
Antena dapat didefenisikan sebagai konduktor elektrik atau suatu system konduktor elektrik yang digunakan baik untuk meradiasikan atau
mengumpulkan energi
elektromagnetik. Untuk transmisi suatu sinyal, energi listrik frekuensi radio dari pemancar diubah menjadi energi elektromagnetik oleh antenna dan diradiasikan ke lingkungan sekeliling. Untuk penerimaan sinyal, energi elektromagnetik yang menjalari antena diubah menjadi energi elektrik frekuensi radio dan dimasukkan ke penerima. (Stalling, 2007).
Dua antena paling sederhana dan dasar adalah antenna dipole setengah gelombang, atau Hertz; dan antena vertical seperempat gelombang, atau Marconi. Dipol setengah gelombang terdiri dari dua konduktor lurus segaris yang sama panjang, dan dipisahkan oleh jarak kecil. Panjang antena adalah panjang setengah panjang gelombang sinyal yang dapat dipancarkan secara paling efisien. Antena vertical seperempat gelombang adalah jenis yang umum digunakan untuk radio mobil dan radio jinjing. Dipol setengah gelombang memiliki pola radiasi seragam atau omnidireksional pada satu dimensi dan pola angka delapan di dua dimensi lain. Konfigurasi – konfigurasi antena yang lebih rumit dapat digunakan untuk menghasilkan sinar berarah.
