BAB 2 Landasan Teori
4.1
Larutan homogen Didalam bidang Laboratorium dapat dibuat sebuah larutan yang bersifat homogen, Larutan dikatakan homogen apabila campuran zat tersebut komponen-komponen penyusunnya tidak dapat dibedakan satu dengan yang lainnya lagi. Misalnya larutan gula dengan air dimana kita tidak dapat lagi melihat dari bentuk gulanya, hal ini karena larutan sudah tercampur secara homogen. sebuah larutan membutuhkan bahan-bahan pencampur yang ditambahkan dengan zat yang akan dianalisa, misalnya Amoksilin dan kalium kavulanat nantinya akan menjadi amoksilin trihidrat yaitu dengan cara melarutkan 30 gr serbuk tersebut ke dalam 400 ml aquades dan diaduk pada skala 1000 rpm selama 10 menit
2.2
Gambaran Umum Alat Stirer Hasil dari perkembangan peralatan kesehatan sangat membantu sekaligus
mempermudah
(pemeriksaan)
maupun
tenaga terapi
medis
dalam
(penyembuhan).
melakukan Khusus
pada
diagnose bagian
laboratorium, untuk memenuhi kebutuhan pemeriksaan yang beraneka ragam sehingga dibutuhkan peralatan laboratorium yang dapat melakukan pemeriksaan dengan hasil yang akurat. Salah satu jenis peralatan medis yang digunakan pada laboratorium yaitu pesawat stirer.
5
6 Secara
umum
pesawat
stirrer
bekerja
dengan
memanfaatkan
electromotor sebagai tenaga untuk memutar batang pengaduk yang berfungsi untuk mengaduk atau mencampur suatu larutan dengan larutan lainnya agar larutan tersebut cepat merata dan menjadi larutan yang homogen. Pada umumnya terdapat 3 jenis alat stirrer yaitu :
1.
Stirer Elektrik Stirer elektrik digerakkan oleh sebuah motor listrik (elektromotor) .
Motornya biasanya dipasang pada sebuah statif , sedangkan pengaduknya yang seperti baling - baling dipasang pada perpanjangan dari poros dari elektromotor tersebut. Batang pengaduk bisa diganti - ganti sesuai dengan kebutuhan. Sedangkan cara pemasangannya sama dengan memasang mata bor pada
bornya. Saat motor bekerja batang pengaduk yang merupakan
perpanjangan dari poros elektromotor tersebut akan berputar sehingga akan mengaduk campuran larutan tersebut dan mengakibatkan campuran larutan itu menjadi homogen.
Gambar 2.1 Alat stirer electric
7 2.
Stirer Magnetik Pada simulasi stirer magnetik yang dibuat ini, motor penggeraknya
menggunakan sebuah brusheels DC motor yang bentuknnya seperti fan pada komputer. Brushless DC motor ini pada porosnya dipasang sebuah magnet untuk menggerakan batang pengaduk yang dilapisi keramik ( ruder ) yang dimasukkan kedalam campuran larutan tersebut. Batang pengaduk atau ruder ini dilapisi keramik atau teflon agar tidak bereaksi dengan campuran larutan yang akan diaduk. Saat brushless DC motor bekerja, maka magnet yang dipasang pada poros akan berputar, sehingga dengan adanya gaya magnet maka ruder akan ikut berputar dengan kecepatan konstan sehingga campuran larutan akan teraduk merata sehingga campuran larutan itu menjadi larutan homogen.
Gambar 2.2 Alat stirer magnetik
8 3.
Stirrer Pneumatik Stirer Pneumatik ini pada dasarnya memakai roda yang bersirip.
Maksudnya apabila ditiup dengan kuat roda akan berputar Dan poros dari roda dapat dihubungkan dengan batang pengaduk. Alat ini biasanya digunakan untuk mengaduk atau mencampur bahan - bahan yang mudah terbakar. Hal ini dimungkinkan karena pada pengaduk pneumatik tidak dilengkapi dengan elektromotor sehingga pada saat mengaduk
benar -
benar bebas dari bunga api. Keuntungan dari alat ini adalah tidak akan terjadi motor yang hangus akibat beban yang berlebihan. Tetapi ada kekurangan pada alat ini yaitu suaranya sangat berisik sehingga sangat mengganggu.
Gambar 2.3 Alat stirer pneumatic
2.3
Mikrokontroler ATmega16 Mikrokontroler merupakan suatu system kendali dengan program yang tertanam di dalamnya digunakan untuk suatu aplikasi tertentu. Pada alat ini, digunakan mikrokontroler dari ATMEL yaitu ATmega 16.
9
Gambar 2.4 IC ATmega 16
IC ini memiliki 40 buah pin yang dibagi menjadi beberapa port dan pin – pin dengan fungsi yang berbeda. Setiap port dapat digunakan sebagai masukan ataupun keluaran setiap instruksi dan informasi yang tersedia. Beberapa fungsi dari setiap pin ATMega 16 yaitu : VCC
:
Tegangan supply +5V
GND
: Ground / Pembumian
Port A
: Port A menyediakan input tegangan analog ke ADC, sebagai port I/O 8 bit (Jika fungsi ADC tidak digunakan) dengan internal pull-up.
PorB
:
Port B sebagai port I/O 8 bit dengan internal pull-up resistor.
Port C
:
Port C sebagai port I/O 8 bit dengan internal pull-up resistor.
Port D
: Port D sebagai port I/O 8 bit dengan internal pull-up resistor.
̅̅̅̅̅̅̅̅̅
:
Input reset. Sinyal low pada pin ini untuk pulsa yang lebih panjang dari minimum akan membangkitkan reset, bahkan jika clock sedang tidak berjalan.
10 XTAL1
: Input ke penguat inverting isolator dan input ke rangkaian pengoperasian clock internal.
XTAL2
: Output dari penguat inverting isolator.
AVCC
:
AVCC adalah pin tegangan supply untuk port A dan ADC. Port ini sudah seharusnya terhubung ke Vcc, meskipun ADC tidak digunakan
AREF
:
AREF adalah pin referensi analog untuk ADC.
ATmega 16 memiliki dua buah memori utama, yaitu memori program dan memori data. ATmega 16 memiliki 16 kb on-chip in-system reprogrammable flash memory untuk menyimpan program. Memori flash dibagi ke dalam dua bagian, yaitu bagian program boot dan aplikasi. Sedangkan untuk memori data ATMega 16 dibagi menjadi tiga bagian, yaitu 32 register umum, 64 buah register I/O dan 1 kb SRAM internal.
2.4
IC LM 317 Sebagai Regulator Tegangan Positif LM 317 adalah sebuah regulator tegangan positif yang dapat diatur, memiliki 3 terminal ( pin ) dan mampu untuk mencatu lebih dari 1,5A. IC ini mudah digunakan, karena hanya memerlukan dua resistor eksternal yang dihubungkan pada pin adjust dan pin output guna menentukan tegangan keluaran. Pada IC ini terdapat pula pembatas arus dan pengaman terhadap pembebanan suhu lebih.
11
Gambar 2.5 IC LM 317
IC regulator tegangan variabel LM317 selain memiliki kemampuan mengalirkan arus 1,5 ampere dan juga dilengkapi dengan proteksi over heating ( panas yang berlebih ). Contoh aplikasi penggunaan regulator tegangan variabel LM317 pada simulasi alat stirer magnetik ini dapat dilihat seperti gambar 2.6 dibawah ini.
12 V 5
1
1 220V1 4
8
4 -
2 1
+2
2 1
VIN
VOUT
ADJ
3
2A
4 3 5
1K
10 uF BD 139
5
-
+
4700 uF
A
3
LM317
3 4 1 2 10 k BD139
Gambar 2.6 Aplikasi rangkaian regulator tegangan
Rangkaian power supply variable diatas terdiri dari beberapa bagian yaitu trafo step down transformer 2 A , Rectifier atau penyearah gelombang menggunakan rangkaian penyearah gelombang penuh dari dioda bridge. Tapis DC pertama adalah kapasitor C1 4700 uF/ 50V yang berfungsi untuk
12 menghilangkan ripple dari penyearah gelombang penuh dioda bridge. Regulator tegangan variabel menggunakan IC LM317 sebagai pengontrol tegangan output rangkaian power supply variabel ini. Pengatur tegangan referensi regulator tegangan IC LM317 adalah konfigurasi pembagi tegangan R1 1 K Ω dan variable resistor 10 K Ω. Pada kaki 1 yaitu kaki adjustment pada IC LM317 terhubung dengan variable resistor 10 K Ω, yang berfungsi untuk mengatur tegangan output pada kaki ke 3 LM317 yaitu kaki v out. Setelah mikrokontroler mengaktifkan transistor BD 139, maka variable resistor 10 K Ω pada rangkaian kecepatan motor akan terhubung ke kaki adjustment IC LM317, dan keluaran dioda bridge pada rangkaian power supply akan terhubung ke kaki Vin pada IC LM317. terhubungnya kaki Vin ke rangkain power supply dan kaki adjustmen ke rangkaian kecepatan motor menyebabkan IC LM 317 dapat mengontrol tegangan keluaran pada kaki v out dengan memutar variable resistor yang terhubung dengan kaki adjustment yang, tegangan keluaran pada kaki Vout tersebutyang kemudian akan menjadi tegangan masukan dari brushless DC motor. Semakin besar tegangan yang yang masuk ke brushless DC motor, maka akan semakin cepat pula kecepatan brushless DC motor.
2.5
Tansistor sebagai saklar Transistor adalah suatu komponen aktif dibuat dari bahan semi konduktor, Ada dua jenis transistor yaitu NPN dan PNP. Transistor terdiri dari tiga bagian penting yaitu Emiter, Basis, Kolektor. Tanda panah menyatakan arah aliran arus jika persambungan basis emiter diberi tegangan, transistor
13 dapat disamakan dengan dua buah dioda yang dipasang secara bertolak belakang.
NPN C
E
B E
C
PNP
B
e
c Gambar 2.7 Transistor
Transistor dapat dipakai dalam berbagai keperluan salah satunya sebagai saklar elektronik yang artinya bahwa kita untuk mengoperasikan transistor pada salah satu dari saturasi atau titik sumbat tetapi tidak ditempattempat sepanjang garis beban dc kecuali saturasi atau titik sumbat dimana transistor tidak lagi bekerja sebagai sumber arus. Saklar elektronik akan tidak aus seperti halnya saklar mekanik. Transistor yang bekerja sebagai saklar akan bertukar-tukar kondisi dari menyumbat ke jenuh dan sebaliknya.
2.5.1 Transistor dalam keadaan saturasi Pada transistor jenis NPN, apabila dioda basis-emiter mendapat forward bias dan dioda basis-kolektor juga mendapat forward reverse, maka arus dapat mengalir dari kolektor menuju ke emiter. Pada keadaan ini transistor berada dalam daerah saturasi dan VCE atau tegangan antara kolektor dengan emiter dapat dianggap nol. Dalam kondisi ini transistor seperti sebuah saklar tertutup.
14 VCC
Rc
Rb
Vbb
VCC
Ic..Rc = 0 sakelar
Vce Vcc = Vce
Gambar 2.8 Rangkaian Transistor saat Saturasi
Besarnya arus kolektor adalah : IC ( sat )
VCC VCE RC
Vce = 0, maka besarnya arus kolektor pada saat saturasi adalah : IC ( sat )
VCC RC
Sedangkan untuk mencari arus basis ( IB ) dalam keadaan saturasi adalah : IB.RB VBE VB O IB. RB VB VBE
IB
VB VBE RB
2.5.3 Transistor dalam keadaan cut-off Pada transistor jenis NPN, apabila basis lebih negatif dari emiter maka arus tidak akan mengalir dari kolektor menuju ke emiter. Pada keadaan ini transistor berada dalam daerah cut-off dan dapat dianggap sebagai saklar terbuka. Tegangan antara kolektor dan emitor saat cut off, IC
VCC VCE RC
15 Pada saat transistor cut-off, tidak ada arus bocor yang mengalir melalui beban RC kecuali arus bocor yang sangat kecil (IC 0), sehingga besarnya IC dapat diabaikan maka besarnya tegangan-tegangan antara kolektor dan emitter (VCE) adalah VCE = VCC
VCC
Rc
Rb
VCC
Ic..Rc = 0
Vce Vcc = Vce
Gambar 2.9 Rangkaian transistor saat cutt – oof
2.6
Brushless DC Motor Brushless DC motor ( BLDC motor ) adalah suatu jenis motor sinkron.
Artinya medan magnet yang dihasilkan oleh stator dan medan magnet rotor berputar di frekuensi dan kecepatan yang sama. BLDC motor tidak mengalami slip, tidak seperti yang terjadi pada motor induksi biasa. BLDC Motor merupakan sebuah perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dll.
16 2.6.1 Bagian-bagian utama motor Brusheels DC ( BLDC motor ) Brusheels DC motor ini terdiri dari empat bagian utama, yaitu: rotor, stator, hall sensor, dan rangkaian kontrol. 1.
Stator. Stator suatu BLDC motor terdiri dari tumpukan baja laminasi dengan lilitan ditempatkan di slot. Pada umumnya, stator menyerupai motor induksi, tetapi lilitannya dibuat sedikit berbeda. Kebanyakan BLDC motor mempunyai tiga gulungan stator dihubungkan secara bintang. Masing-Masing ini lilitan dibangun dengan banyak coil saling behubungan untuk membentuk suatu lilitan. Satu atau lebih coil ditempatkan dalam slot dan mereka saling behubungan untuk membuat suatu lilitan.
2.
Rotor. Rotor dibuat dari magnet tetap dan dapat di desain dari dua sampai delapan kutub Magnet Utara (N) atau Selatan (S). Material magnetis yang bagus sangat diperlukan untuk mendapatkan kerapatan medan magnet yang bagus pula. Biasanya magnet ferit yang dipakai untuk membuat magnet tetap. Tetapi magnet ferit material ini mempunyai kekurangan yaitu flux yang rendah untuk ukuran volume material yang diperlukan untuk membuat rotor. Sebuah motor BLDC mempunyai magnet permanen yang berputar dengan tetap pada sumbu motor, dengan menggunakan rotor berupa magnet maka tidak diperlukan lagi sebuah komutator.
3.
Hall Sensor Tidak sama dengan DC motor yang lain, putaran suatu BLDC motor dikendalikan secara elektronis. Dalam proses berputarnya motor BLDC, gulungan-stator harus diberi tenaga dengan suatu urutan. Hal ini penting untuk
17 mengetahui posisi rotor sehingga kontrol dapat mengetahui lilitan mana yang harus diberi tegangan sesuai urutan.Posisi rotor, digunakanlah Hall Sensor yang ditempelkan ke dalam stator. Pemasangan Hall sensor ini harus benar-benar sesuai dengan posisi magnet pada rotor. Kesalahan posisi pada pemasangan akan menyebabkan kesalahan pula pada saat pemberian tegangan pada lilitan stator. Biasanya Hall sensor ini dipasang pada suatu board atau PCB dengan posisi yang sudah fix kira-kira selisih 60° sampai 120° antara sensor yang satu dengan yang lain. 4.
Rangkaian Pengendali Untuk menghasilkan medan putar pada motor DC, koneksi sumber ke rotor menggunakan brush namun pada BLDC motor, pemberian sumber dilakukan oleh sebuah rangkaian pengontrol,rangkaian ini mendapat sumber dari listrik DC yang kemudian diolah sehingga menghasilkan gelombang sinusoida atau kotak stator, Kontrol ini mendapat masukan data dari hall sensor utuk mengatur pemberian sumber pada stator.
Gambar 2.10 Bagian-bagian utama BLDC motor
18 Brushless DC motor pada dasarnya merupakan stepping-motor magnet permanen yang dilengkapi dengan sensor posisi (baik efek Hall atau optik) dan peningkatan kontrol unit. Seperti dalam stepper motor, daya diterapkan pada satu belitan stator pada suatu waktu. Ketika sensor posisi menunjukkan bahwa rotor telah mendekati keselarasan dengan medan stator, pengontrol akan mengalihkan daya ke gulungan stator selanjutnya secara elektronik sehingga gerakan halus terus berlangsung. Dengan memvariasikan amplitudo dan durasi pulsa yang diterapkan pada gulungan stator, kecepatan dapat dengan mudah dikontrol. Hasilnya adalah suatu motor yang dapat beroperasi dari sumber DC dengan karakteristik yang mirip dengan motor DC shunt konvensional. Brushless motor DC digunakan terutama dalam aplikasi daya rendah. Keuntungan penggunaaan motor ini adalah efisiensi yang relatif tinggi, umur panjang dengan perawatan kecil, kebebasan dari gangguan radio dan mampu diaplikasikan pada kecepatan putaran yang sangat tinggi.
Gambar 2.11 Brushless DC motor
19 2.7
LCD ( Liquid Crystal Display ) LCD atau disebut juga Liquid Crystal Display merupakan komponen elektronika yang berfungsi untuk menampilkan tulisan berupa angka atau huruf sesuai dengan yang diinginkan berdasarkan program yang telah dibuat untuk mengontrolnya. LCD dibentuk oleh suatu cairan khusus yang berada diantara dua buah lempengan kaca. Keuntungan menggunakan LCD sebagai indicator tampilan banyak digunakan karena daya yang dibutuhkan lumayan kecil. Pada karya tulis ini penulis menggunakan LCD dengan karakter 2 x 16. Tampilan LCD terdiri dari dua bagian yaitu bagian pertama mikrokontroler yang menempel dipanel berfungsi untuk mengatur titik-titik menjadi huruf atau angka yang dapat dibaca dan bagian kedua terdapat panel LCD yang terdiri dari banyak titik yang diatur oleh mikrokontroler tersebut.
Gambar 2.12 Fisik LCD 2x16
Dalam penggunaannya, LCD ini dikendalikan di satiap pin yang memiliki kegunaan yang berbeda-beda untuk setiap perintah yang diberikan. Tabel 2.1 dibawah ini merupakan tabel dari fungsi pin pada LCD tersebut.
20 Tabel 2.1 Fungsi pin pada LCD No
Nama Pin
Fungsi
1
VSS
Terminal Ground sebagai catu daya LCD
2
VCC
Tegangan catu +5v sebagai catu daya LCD
3
VO
Tegangan referensi untuk mengatur kontras pada tampilan karakter
4
RS
Pemilihan register RS saat low pengiriman data intruksi RS saat high pengiriman data tampilan
5
R/W
Bus pengontrol R/W R/W saat low mode penulisan data ke LCD R/W saat high mode pembacaan data dari memory LCD
6
E
Mengaktifkan clock LCD Logika high pada kaki ini diberikan pada saat penulisan atau pembacaan data
7
DB0
Merupakan saluran data, dalam penyaluran data yaitu :
DB7
Mode 8 bit, pada mode ini seluruh pin DB digunakan Mode 4 bit, pada mode ini hanya digunakan 4 pin DB (DB4 – DB7) sisa pin yang lain dihubungkan dengan ground.
8
A
Pengendali kecerahan latar belakang LCD, tegangan 4 sampai 5 V dengan arus sebesar 50 sampai 500 mA
9
V-BL
Pengendali kecerahan latar belakang LCD, tegangan 0V
