PROTOTYPE WASTAFEL OTOMATIS BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51
TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Mencapai Gelar Ahli Madya Program Diploma III Ilmu Komputer
Disusun oleh:
DENY SULISTIA NINGSIH M3307038
PROGRAM DIPLOMA III ILMU KOMPUTER FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2010
PROTOTYPE WASTAFEL OTOMATIS BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51
TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Mencapai Gelar Ahli Madya Program Diploma III Ilmu Komputer
Disusun oleh:
DENY SULISTIA NINGSIH M3307038
PROGRAM DIPLOMA III ILMU KOMPUTER FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2010
i
HALAMAN PERSETUJUAN
PROTOTYPE WASTAFEL OTOMATIS BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51
Disusun oleh
DENY SULISTIA NINGSIH M3307038
Tugas Akhir ini disetujui untuk dipertahankan dihadapan dewan penguji pada tanggal ____ ________ ____
Pembimbing Utama
Mohtar Yunianto, S.Si, M.Si NIP. 19800630 200501 1 001
ii
HALAMAN PENGESAHAN
PROTOTYPE WASTAFEL OTOMATIS BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51
Disusun oleh: DENY SULISTIA NINGSIH NIM.M3307038
Dibimbing oleh Pembimbing Utama
Mohtar Yunianto, S.Si, M.Si NIP. 19800630 200501 1 001 Tugas Akhir ini telah diterima dan disahkan oleh dewan penguji Tugas Akhir Program Diploma III Ilmu Komputer pada hari ____________tanggal _______________ Dewan Penguji:
Tanda Tangan
1.
Mohtar Yunianto, S.Si, M.Si NIP. 19800630 200501 1 001
2.
Muhammad A. Safei, S.Si NIDN.0603118103
(..........................................)
Rudi Hartono, S.Si NIDN.0626128402
(..........................................)
3.
(..........................................)
Surakarta,
Juni 2010
Disahkan oleh : Ketua Program DIII
a.n. Dekan FMIPA UNS Pembantu Dekan I
Ir Ari Handono Ramelan, M.Sc, Ph.D NIP 19610223 1986011001
Drs. Y. S. Palgunadi, M.Sc NIP 19560407 1983031004
iii
ABSTARCT Deny Sulistia Ningsih, 2010 PROTOTYPE AUTOMATIC SINK BASED MICROCONTROLLER AT89S51, D3 Program Computer Science Faculty of Mathematics and Natural Sciences University of Surakarta Eleven March. This final project designs and implements prototype automatic sink based on microcontroller AT89S51. What is needed is to developed an electronic equipment that can enable people to do something automatically. In general, the basin is designed to save water and electricity consumption that often people forget to turn it off after its use. Prototype automated sink was designed using : two AMN12111 PIR sensors, circuit relays, AT89S51 microcontroller, and LCD display. The basic concept work of this system was the sensor as an invisible switch that serves to define the human body temperature then relays as actuator and microkontroller does the data processing from obtained both of the sensors. Result of process from PIR data sensor presented at LCD displayed in form of article “PROTOTYPE AUTOMATED SINK”. At the time water flows, hence in screen LCD written down an instruction “WASH HANDS WITH” and at the time of fan blaze hence in screen LCD written down an instruction “DRYING HIS”.
Keywords: Microcontroller, AMN1211 PIR Sensor, Relay, LCD.
iv
INTISARI
Deny Sulistia Ningsih, 2010 PROTOTYPE WASTAFEL OTOMATIS BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51, Program D3 Ilmu Komputer Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta. Tugas Akhir ini merancang dan membuat prototype wastafel otomatis berbasis mikrokontroler AT89S51. Saat ini dibutuhkan peralatan-peralatan elektronik yang dapat memudahkan manusia untuk melakukan sesuatu yang yang bersifat otomatis. Pada umumnya wastafel dirancang untuk menghemat pemakaian air dan listrik yang sering orang lupa mematikannya setelah berhenti menggunakannya. Prototype wastafel otomatis ini dirancang dengan menggunakan dua sensor PIR AMN12111, rangkaian relay, mikrokontroler AT89S51, dan display LCD. Prinsip kerja sistem ini adalah sensor sebagai saklar tak terlihat yang berfungsi untuk menentukan adanya suhu tubuh manusia yang selanjutnya relay sebagai aktuator dan mikro melakukan pemprosesan data dari kedua sensor tersebut. Hasil pemprosesan dari data sensor PIR ditampilkan pada display LCD dalam bentuk tulisan ” PROTOTYPE WASTAFEL OTOMATIS”. Pada saat air mengalir maka dalam LCD tertulis instruksi ”CUCILAH TANGAN DENGAN BERSIH” dan pada saat kipas menyala dalam LCD tertulis instruksi ”MENGERINGKAN TANGAN”. Kata kunci: Mikrokontroler, Sensor PIR AMN1211, Relay, LCD.
v
MOTTO Semua yang dilakukan itu tergantung pada niat.
Jangan pernah mengantungkan dirimu pada umat, gantungkan lah dirimu pada ALLAH SWT.
Bekerjalah untuk akhiratmu seakan-akan kamu akan mati besuk, dan Bekerjalah untuk duniamu seakan-akan kamu akan hidup seribu tahun.
Lihatlah ke atas agar kau tetap semangat, Lihatlah ke bawah agar kau bersyukur, Lihatlah ke dalam agar kau tau diri, Lihatlah keluar agar kau tau potensi, Lihatlah ke depan agar kau tak ketinggalan, Lihatlah ke belakang agar kau belajar dari masa lalu.
vi
PERSEMBAHAN
Aku persembahkan karya ini untuk:
Allah SWT, Keluargaku tercinta atas doa, bantuan, dan dorongannya. Teman-temanku semua baik dari Teknik Komputer angkatan 2007 atas dukungan dan kekompakannya. Orang-orang yang membimbing dan mendidikku di DIII Ilmu Komputer
vii
KATA PENGANTAR
Dengan penuh rasa syukur keharidat Allah SWT, yang telah melimpahkan
segala
rahmat
dan
karunia-Nya,
sehingga
penulis
dapat
menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir dengan judul ” PROTOTYPE WASTAFEL OTOMATIS BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51”. Penyelesaian laporan tugas akhir ini tidak terlepas dari bimbingan, arahan, dan bantuan dari berbagai pihak baik yang secara langsung maupun secara tidak langsung. Atas terselesainya laporan ini penulis tidak lupa mengucapkan terima kasih kepada : 1. Ibu serta Bapak yang telah memberikan dukungan dan dorongan baik mental maupun materi 2. Bapak Drs. Y. S. Palgunadi, M. Sc, selaku Ketua Program Diploma III Ilmu Komputer Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta. 3. Bapak Mohtar Yunianto, S.Si., M.,Si selaku dosen pembimbing. 4. Mas Purnomo, mas Firi, mbak Ria, Mbak diyah yang telah banyak membantu. 5. Teman-teman semua baik dari Teknik Komputer 2007 maupun yang bukan. 6. Serta dosen DIII Teknik Komputer yang mengajar angkatan 2007. Semoga amal dan kebaikan semua pihak tersebut mendapatkan imbalan dari Allah SWT. Amin. Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan laporan tugas akhir ini masih banyak kekurangan, sehingga penulisan laporan tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, namun demikian penulis berharap semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi semua pihak. Surakarta,
Juni 2010
Penulis
viii
DAFTAR ISI
Halaman JUDUL .......................................................................................................... i HALAMAN PERSETUJUAN ...................................................................... ii HALAMAN PENGESAHAN ...................................................................... iii ABSTRACT .................................................................................................. iv INTISARI ..................................................................................................... v MOTTO ........................................................................................................ vi HALAMAN PERSEMBAHAN ................................................................... vii KATA PENGANTAR .................................................................................. viii DAFTAR ISI ................................................................................................. x DAFTAR TABEL ......................................................................................... xi DAFTAR GAMBAR .................................................................................... xii BAB I PENDAHULUAN ............................................................................. 1 1.1 Latar Belakang Masalah.............................................................. 1 1.2 Perumusan Masalah .................................................................... 1 1.3 Pembatasan Masalah ................................................................... 2 1.4 Tujuan ......................................................................................... 2 1.5 Manfaat ....................................................................................... 2 1.6 Metodologi Penelitian ................................................................. 2 1.7 Sistematika Penulisan ................................................................. 3 BAB II LANDASAN TEORI ....................................................................... 4 2.1 Kapasitor ..................................................................................... 4 2.2 Voltage-Regulator ....................................................................... 4 2.3 Transformator ............................................................................. 5 2.4 Transistor .................................................................................... 6 2.5 Relay ........................................................................................... 6 2.6 Sensor PIR .................................................................................. 8 2.7 LCD ............................................................................................. 10 2.8 Mikrokontroler AT89S51 ........................................................... 14
ix
BAB III DESAIN DAN PERANCANGAN ................................................. 21 3.1 Perancangan Sistem .................................................................... 21 3.2 Perancangan PCB........................................................................ 23 3.3 Perancangan Perangkat Keras ..................................................... 23 a. Rangkaian Catu Daya ......................................................... 23 b. Rangkaian Sensor PIR ........................................................ 24 c. Rangkaian Relay ................................................................. 25 d. Rangkaian Mikrokontroler ................................................. 26 e. Rangkaian LCD .................................................................. . 27 3.4 Perancangan Mekanika (Box) ..................................................... 28 3.5 Perancangan Program ................................................................. 29 BAB IV IMPLEMENTASI DAN ANALISA .............................................. 31 4.1 Pengujian Catu Daya ................................................................... 31 4.2 Pengujian Rangkaian Relay ........................................................ 31 4.3 Pengujian Rangkaian LCD ......................................................... 32 4.4 Pengujian Rangkaian Mikrokontroler ......................................... 33 4.5 Pengujian Rangkaian Sensor PIR ............................................... 35 4.6 Pemasukan Program Assembly ke Mikrokontroler AT89S51.... 36 4.7 Pengujian Alat Keseluruhan ....................................................... 37 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................... 39 5.1 Kesimpulan ................................................................................. 39 5.2 Saran ........................................................................................... 39 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... 40 LAMPIRAN
............................................................................................ 41
x
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Simbol terminal Input – Output ...................................................... 11 Tabel 2.2 Fungsi terminal ............................................................................... 12 Tabel 2.3 Fungsi register ................................................................................. 13 Tabel 2.4 Fungsi alternative pengganti port 3 ................................................ 19 Tabel 4.1 Hasil pengujian rangkaian catu daya .............................................. 31 Tabel 4.2 Hasil pengujian rangkaian relay...................................................... 32 Tabel 4.3 Pengujian sensor PIR ...................................................................... 35 Tabel 4.4 Hasil Pengujian ............................................................................... 38
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Kondensator ................................................................................. 4 Gambar 2.2 Voltage-Regulator ........................................................................ 5 Gambar 2.3 Transformator ............................................................................... 5 Gambar 2.4 Simbol skematik transistor ........................................................... 6 a.Simbol transistor NPN dan PNP ............................................. 6 b.Sambungan (junction) transistor NPN dan PNP .................... 6 Gambar 2.5 Blok diagram relay magnetik ....................................................... 7 Gambar 2.6 a. Diagram sensor PIR.................................................................. 8 Gambar 2.6 b. Sensor PIR AMN12111 ........................................................... 8 Gambar 2.7 Diagram blok LCD ....................................................................... 11 Gambar 2.8 Konfigurasi pin flash programming mode mikrokontroler MCS-51 .................................................................................... 16 Gambar 2.9 Diagram bus mikrokontroler ........................................................ 17 Gambar 2.10 Pin-pin pada mikrokontroler AT89S51...................................... 17 Gambar 3.1 Diagram blok rangkaian keseluruhan........................................... 22 Gambar 3.2 Rangkaian power supply .............................................................. 24 Gambar 3.3 Rangkaian pengkondisi sensor PIR ............................................. 25 Gambar 3.4 Rangkaian relay............................................................................ 25 Gambar 3.5 Rangkaian mikrokontroler ........................................................... 26 Gambar 3.6 Konfigurasi pin LCD ................................................................... 27 Gambar 3.7 Perancangan mekanika prototype wastafel otomatis ................... 28 a.Pengaring tangan .................................................................... 28 b. Pencuci tangan ....................................................................... 28 Gambar 3.8 Flowchart program ....................................................................... 30 Gambar 4.1 Konfigurasi pin LCD ................................................................... 33 Gambar 4.2 Uji coba rangkaian mikrokontroler AT89S51............................. 34 Gambar 4.3 Proses konversi dari .asm ke .hex ............................................... 36
xii
Gambar 4.4 Rangkaian secara keseluruhan ..................................................... 38
xiii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah Dengan
seiring
berkembangnya
teknologi
mendorong
manusia
melakukan segala sesuatu dengan lebih cepat dan praktis. Salah satunya teknologi mikrokontroller yang bisa dimanfaatkan untuk mempermudah pekerjaan manusia dan lebih efisiensi baik itu dalam hal waktu, tenaga, biaya dan lain-lain. Dengan teknologi mikrokontroller membantu manusia dalam melakukan segala pekerjaan baik itu yang bersifat ringan sampai yang berat. Seperti saat melakukan pencucian tangan dengan wastafel. Wastafel yang digunakan direstourant, hotel, rumah sakit mungkin selama ini masih bersifat manual. Sehingga terkadang ada orang yang lupa untuk mematikan kran dan pengering setelah selesai dalam penggunaanya. Untuk itu pada tugas akhir ini penulis membuat prototype wastafel otomatis, dimana dalam pembuatanya menggunakan mikrokontroller AT89S51 dalam simulasi prototype wastafel otomatis sebagai unit pemproses data, dengan output berupa relay untuk menggerakkan pompa dan kipas, LCD sebagai tampilan. Simulasi prototype wastafel otomatis menggunakan sensor PIR sebagai perespon suhu tubuh manusia yang kemudian digunakan untuk menghidupkan pompa atau kipas. Dengan adanya pembuatan prototype wastafel otomatis dapat memudahkan para penggunanya untuk lebih efisien dan lebih praktis serta dapat menggutungkan banyak pihak. Dengan pembuatan prototype wastafel ini mungkin bisa membantu memberi gambaran dalam pembuatan wastafel yang sebenarnya.
1.2 Perumusan Masalah Dalam penulisan laporan tugas akhir ini berdasarkan latar belakang di atas. Perumusan masalah dalam laporan tugas akhir ini adalah Bagaimana membuat
1
2
prototype wastafel otomatis
dengan inputnya yang berasal dari sensor PIR dan
outputnya berupa tampilan pada LCD, nyalanya pompa serta pengering.
1.3 Pembatasan Masalah Penyusunan laporan tugas akhir
ini hanya akan membahas tentang
pembuatan prototype wastafel otomatis dengan keluaran berupa tampilan pada LCD, nyalanya pompa dan pengering, yang inputnya dari PIR dengan menggunakan komponen: sensor PIR, rangkaian darlington, kipas, pompa, mikrokontroller AT89S51 dan relay. 1.4 Tujuan Tujuan dari penulisan laporan tugas akhir ini adalah membuat prototype wastafel pencuci tangan, pengering tangan menggunakan mikrokontroller AT89S51 sebagai pengolah data, PIR sebagai sensor keberadaan tubuh manusia, relay sebagai aktuator, dan LCD sebagai display.
1.5 Manfaat Manfaat pembuataan tugas akhir dengan judul “prototype wastafel otomatis dengan mikrokontroller AT89S51” ini terhadap beberapa pihak adalah sebagai berikut : 1. Dapat menjadi referensi bacaan dan informasi khususnya bagi para mahasiswa Teknik Komputer yang sedang menyusun Tugas Akhir dengan pokok permasalahan yang sama. 2. Untuk menerapkan ilmu dan teori yang diperoleh selama perkuliahan. 3. Dapat digunakan untuk mengontrol air dan pengering dalam kehidupan manusia sehingga lebih hemat dalam penggunaannya.
1.6 Metodologi Penelitian Metode penelitian yang digunakan dalam pembuatan Tugas Akhir ini adalah:
3
Studi literatur, meliputi: 1. Mempelajari karakteristik dari sensor PIR. 2. Mempelajari teori mengenai mikrokontroller AT89S51 sebagai pengontrol bagi perangkat lainnya. 3. Mempelajari rangkaian darlington. 4. Mempelajari mengenai karakteristik sensor PIR. 5. Mempelajari mikrokontroller AT89S51.
1.7 Sistematika Penulisan Susunan penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut: BAB I : PENDAHULUAN Menguraikan latar belakang, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan, manfaat, metodologi penelitian, serta sistematika penulisan dari tugas akhir ini. BAB II : LANDASAN TEORI Membahas tentang sensor PIR, mikrokontroller AT89S51 serta komponen elektronika yang digunakan. BAB III : DESAIN DAN PERANCANGAN Berisi skema blok alat dan flowchart program. BAB IV : IMPLEMENTASI DAN ANALISA Membahas skema rangkaian dan pengujian alat. BAB V
: PENUTUP
Berisi kesimpulan dan saran.
21
BAB III DESAIN DAN PERANCANGAN
3.1
Perancangan Sistem
Prototype wastafel otomatis ini merupakan sistem otomatisasi pencuci tangan dan pengering tangan dengan menggunakan 2 buah sensor PIR, 2 buah relay, 1 buah mikrokontroler, dan 1 buah LCD. Sensor PIR disini berfungsi sebagai pendeteksi perubahan radiasi inframerah yang terjadi ketika ada pergerakan manusia yang memiliki temperatur yang berbeda dengan lingkungan sekeliling tempat pencucian dan pengeringan tangan. Relay berfungsi sebagai aktuator sedangkan mikrokontroler berfungsi untuk memproses data. LCD berfungsi sebagai penampil instruksi saat mencuci dan mengeringkan tangan. Cara kerja dari alat ini adalah sensor akan mengetahui keberadaan manusia jika terdeteksi oleh sensor PIR 1 maka secara otomatis akan memicu relay 1 untuk menghidupkan pompa yang berfungsi untuk mencuci tangan dan pada tampilan display akan menampilkan “ CUCILAH TANGAN DENGAN BERSIH”. Dalam konsidi ini sensor PIR 1 akan OFF (logika low). Jika sensor PIR 2 lebih kuat mendeteksi keberadaan manusia, maka akan memicu relay 2 untuk menggerakan kipas. Dan pada display LCD akan muncul intruksi “MENGERINGKAN TANGAN”. Dalam kondisi ini sensor PIR 2 akan OFF(logika low). Apabila pencucian tangan dan pengeringan tangan sudah selesai atau sensor PIR sudah tidak lagi mendeteksi keberadaan manusia lagi, maka tulisan pada display LCD secara otomatis akan kembali ke keadaan awal, “PROTOTYPE WASTAFEL OTOMATIS”. Ini berarti semua alat sudah tidak terpakai lagi atau dalam keadaan normal.
21
22
Diagram blok keseluruhan dari prototype wastafel otomatis yang didesain dapat dilihat pada gambar 3.1. LCD
Sensor PIR 1 (pencuci tangan)
Relay 1
POMPA
Relay 2
KIPAS
Mikrokontroler AT89S51
Sensor PIR 2 (pengering tangan)
Gambar 3.1 Diagram blok rangkaian keseluruhan
Keterangan blok sistem prototype wastafel otomatis 1.
Catu Daya Arus yang digunakan adalah arus DC (searah), sedangkan tegangan yang dipakai adalah +5 volt dan +12 volt
2.
Sensor PIR Sensor PIR disini berfungsi sebagai pendeteksi keberadaan manusia melalui perbedaan temperatur yang ada disekitar.
3.
Mikrokontroller Dalam rangakaian ini mikrokontroller berfungsi sebagai pemproses.
4.
LCD LCD disini sebagai display output yang mengambarkan keadaan sistem.
5.
Relay Sebagai saklar otomatis untuk memutus arus pada kipas dan pompa apabila tidak terdeteksi keberadaan manusia.
23
3.2
Perancangan PCB
Perancangan rangkaian dimulai dari menggambar skema rangkaian dengan menggunakan software protel design system, eagle yang akan dipakai untuk membuat rangkaian pada PCB. Skema rangkaian yang telah dibuat dengan menggunakan software protel design system kemudian dicetak ke papan PCB dengan langkahlangkah sebagai berikut: b.
Mencetak layout PCB pada kertas mika.
c.
Menyetelika gambar layout PCB yang ada di kertas mika.
d.
Melarutkan desain PCB pada larutan larutan feriklorid, dan air.
e.
Kurang lebih selama 5 menit, PCB diangkat tunggu hingga kering dan dilakukan pengeboran pada jalur – jalur yang telah dibuat. 3.3
Perancangan Perangkat Keras
Perancangan rangkaian menggunakan software protel dan visio. Blok rangakaian terdiri dari : a.
Rangkaian Catu Daya.
b.
Rangkaian Sensor PIR.
c.
Rangkaian Relay.
d.
Rangkaian Mikrokontroller.
e.
Rangkaian LCD.
a. Rangkaian Catu Daya Catu daya yang digunakan dalam proyek akhir ini mempunyai tegangan keluaran +5 Volt, +12 Volt dan 0 Volt (Ground). Rangkaian catu daya ini mendapatkan tegangan masukan tegangan bolak-balik sebesar 220 Volt dari jala-jala PLN. Tranformator yang digunakan adalah transformator step down yang digunakan untuk mentransfer daya, sehingga setelah melewati transformator, tegangan jala-jala akan diturunkan. Tegangan yang masih berupa tegangan bolakbalik tersebut disearahkan oleh rangkaian penyearah yang menggunakan dua buah dioda. Dari hasil penyearahan masih terdapat tegangan bolak-baliknya (tegangan
24
riak). Untuk mengurangi tegangan riak hasil dari penyearahan digunakan rangkaian penapis yaitu kapasitor. Semakin besar nilai kapasitor, semakin kecil tegangan riaknya. Untuk mendapatkan output yang diinginkan, digunakan IC regulator tegangan LM 7805 untuk tegangan +5 Volt dan LM 7812 untuk tegangan +12 Volt. Pada keluaran dari IC tersebut dipasang transistor penguat arus TIP 3055 yang digunakan untuk memperkuat arus keluaran. Dioda pada kaki-kaki IC nomor 2 dihubungkan dengan ground untuk memberikan kompensasi sebesar 0,7 Volt sebagai akibat pemasangan transistor TIP 3055 yang akan mengurangi tegangan keluaran sebesar 0,7 Volt. Gambar 3.2 adalah rangkaian catu daya yang digunakan dalam pembuatan tugas akhir ini.
Gambar 3.2 Rangkaian power supply
b. Rangkaian Sensor PIR Pada sensor PIR AMN12111 diberi rangkaian pengkondisi sinyal agar sinyal yang dikeluarkan sensor semakin kuat. Sensor PIR bertipe AMN12111 ini rangkaian pengkondisinya sangat sederhana.
25
Gambar 3.3 Rangkaian Pengkondisi Sensor PIR
c. Rangkaian Relay Pada sistem ini relay digunakan untuk on/off pompa untuk mengalirkan air dan on/off untuk menyalakan kipas. Untuk menyalakan relay perlu digunakan driver. Driver relay adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.4 berikut ini.
Gambar 3.4 Rangkaian Relay
Driver Relay DC, digunakan untuk pensaklaran tegangan AC oleh relay yang digunakan untuk on/off dari mikrokontroler ke Pompa dan Kipas. Pada Driver Relay DC ini menggunakan tegangan Vcc +12Volt DC yang inputan dari rangkaian relay ini berasal dari keluaran mikrokontroler (P1.2 dan P1.3) berupa logika high atau low. Bila rangkaian driver relay DC ini mendapat masukan high
26
maka relay dalam keadaan NC yang akan menghubungkan arus AC ke pompa dan kipas sehingga pompa dan kipas menyala. Sedangkan bila rangkaian driver relay DC ini mendapat masukan low maka relay dalam keadaan NO yang akan memutus arus AC ke pompa dan kipas sehingga pompa dan kipas mati. Pada prototype wastafel otomatis ini dibutuhkan rangkaian driver relay DC sebanyak 2 buah yang digunakan untuk menyalakan 1 buah pompa dan 1 buah kipas. d. Rangkaian Mikrokontroller Sistem minimum mikrokontroler MCS 51 terdiri dari kristal 11,0592 Mhz yang terhubung dengan pin 18 dan 19, serta kondensator bernilai 33 pf yang masing – masing kapasitor salah satu kakinya terhubung dengan ground . Fungsi dari rangkaian kristal ini sebagai pendukung rangkaian osilator internal. Sistem minimum ini juga dilengkapi rangkaian power on reset supaya terjadi reset sistem pada saat mikrokontroller dihidupkan. Rangkaian power on reset terdiri atas satu buah resistor 10 kΩ dan sebuah kondensator elektrolit 10 uF/16 V. Gambar 3.5 merupakan gambar sistem minimum Mikrokontroler MCS 51 dan port-port yang dipakai.
Gambar 3.5 Rangkaian Mikrokontroler
Dari Gambar Sistem Minimum Mikrokontroler MCS 51 beserta konfigurasinya diatas bahwa terdapat 4 port yaitu P0, P1, P2, dan P3. Port-port
27
tersebut terdiri dari beberapa bit. Pada sistem minimum mikrokontroler ini P0 (bit P0.0 – P0.7) berfungsi untuk menghubungkan mikrokontroler dengan rangkaian LCD (sebagai masukan sinyal LCD). Sedangakan P3.6 dan P3.7 digunakan sebagai masukan sinyal ke pin RS dan E pada rangkaian LCD. Pada P1.2 dan P1.3 digunakan untuk menghubungkan keluaran dari rangkaian sensor 1, dan sensor 2 (rangkaian sensor PIR) ke mikrokontroler. Kemudian P1.0, dan P1.1 sebagai inputan sinyal ke relay yang akan menghidupkan atau mematikan pompa dan kipas. e. Rangkaian LCD (Liquid Crystal Display) Rangkaian tampilan kristal cair (LCD) berfungsi untuk menampilkan hasil dalam bentuk teks. Dalam perancangan ini LCD yang digunakan adalah LCD jenis M1632 yang merupakan LCD 2 Baris dan terdiri dari 16 karakter. Pengoperasian untuk modul M1632 memerlukan 8 bit data dan 3 bit sinyal kontrol. Sedangkan pengendalian dot matrik dilakukan secara internal oleh kontrol yang sudah terpasang dalam modul. Bit saluran masukan data dari DB0 – DB7dihubungkan ke port 0 (P0.0 –P0.7) mikrokontroler AT89S51, masukan tegangan catu positif (VDD), masukan tegangan catu tanah (VSS) dan tegangan Vcc sebesar 5 Volt DC. Untuk konfigurasi mikrokontroler dan LCD ditunjukkan pada Gambar 3.6
Gambar 3.6 konfigurasi pin LCD
28
Cara kerja gambar 3.6 adalah sebagai berikut : Data perintah atau karakter ditempatkan pada saluran data, kemudian P3.6 memberikan masukan sinyal ke pin RS ( RS = 0, untuk register perintah dan RS = 1, untuk memilih data dalam ). Selanjutnya sinyal E (P3.7) diberi masukan tinggi dan kemudian diubah menjadi logika rendah, hal ini agar Modul beroperasi sesuai dengan data yang dimasukkan dan register dalam yang dipilih. 3.4
Perancangan Mekanik (Box)
Protoype wastafel otomatis dengan menggunakan sensor PIR dan mikrokontroler AT89S51, terdiri dari 2 buah rangkaian sensor PIR sebagai pendeteksi adanya keberadaan manusia. Sensor PIR 1 diletakan diatas pada alat pencuci tangan, untuk menentukan posisi keberadaan manusia supaya air dapat mengalir, dan sensor PIR 2 dipasang di atas pada alat pengering tangan, untuk menentukan posisi keberadaan manusia supaya kipas dapat menyala. LCD letaknya ditengah-tengah antara alat pencuci tangan dan alat pengering tangan, yang fungsinya untuk menampilkan instruksi saat mencuci atau mengeringkan tangan. Bahan yang digunakan untuk membuat prototye wastafel otomatis ini terbuat dari tripek. Dan kerangkanya terbuat dari kayu.
(a).Pengering Tangan
(b).Pencuci Tangan
Gambar 3.7 Perancangan Mekanika Prototype Wastafel Otomatis
29
3.4
Perancangan Program
Dalam melakukan perancangan software atau program, di awali dengan pembuatan flowchart terlebih dahulu. Flowchart program seperti pada gambar 3.8. Setelah flowchart program dibuat, tahapan selanjutnya adalah menuliskan program. Tahapnya adalah sebagai berikut : 1.
Menuliskan listing program di dalam software Reads51. Dalam penulisan ini digunakan bahasa assembler yang nantinya disimpan dengan ekstensi *.asm.
2.
Setelah program disimpan dalam ekstensi *.asm, langkah selanjutnya adalah mengklompier program jika sukses secara otomatis akan berbentuk *.hex.
3.
Untuk tahapan terakhir, program akan didownload ke dalam IC AT89S51 dengan menggunakan AEC_ISP.
30
MULAI
MULAI
Inisialisasi LCD
Inisialisasi LCD
tidak
tidak S1=0
S2=0
(PIR1 mendeteksi)
(PIR 2 mendeteksi)
ya
ya
Pompa ON
Kipas ON
Tampilkan “CUCILAH TANGAN DENGAN BERSIH” pada LCD
“MENGERINGKAN TANGAN”
Tampilkan pada LCD
tidak
tidak S1=1 (PIR 1 tidak mendeteksi)
S2=1 (PIR 2 tidak mendeteksi)
ya
ya
Pompa off
Kipas off
Tampilan awal
Tampilan awal
“PROTOTYPE WASTAFEL OTOMATIS” pada LCD
“PROTOTYPE WASTAFEL OTOMATIS” pada LCD
SELESAI
SELESAI Gambar 3.8 Flowchart program
BAB II LANDASAN TEORI
2.1
Kapasitor
Kapasitor atau kondensator adalah komponen elektrolit yang mempunyai kemampuan menyimpan elektron selama waktu yang tidak tentu. Kegunaan kapasitor adalah sebagai penyaring arus serta tegangan, penyaring frekuensi. Macam – macam kondensator : a. Kondensator elektrolit atau Electrolytic Condenser (Elco) Kondensator yang berbentuk tabung , mempunyai dua kutub kaki berpolaritas positif dan negatif.
Gambar 2.1 Kondensator (Jayadin, 2007)
b. Kondensator tetap Kondensator yang nilainya tidak dapat diubah-ubah.
2.2
Voltage-Regulator
Sirkuit terpadu seri 78xx adalah sebuah keluarga sirkuit terpadu regulator tegangan linier monolitik bernilai tetap. Keluarga 78xx adalah pilihan utama bagi banyak sirkuit elektronika yang memerlukan catu daya teregulasi karena mudah digunakan dan harganya relatif murah. Untuk spesifikasi IC individual, xx diganti dengan angka dua digit yang mengindikasikan tegangan keluaran yang didesain, contohnya 7805 mempunyai keluaran 5 volt dan 7812 memberikan 12 volt. Keluarga 78xx adalah regulator tegangan positif yaitu regulator yang didesain untuk memberikan tegangan keluaran yang relatif positif terhadap ground bersama. Keluarga 79xx adalah peranti komplementer yang didesain untuk catu daya negatif.
4
5
IC 78xx dan 79xx dapat digunakan bersamaan untuk memberikan regulasi tegangan terhadap pencatu daya split.
Gambar 2.2 Voltage-Regulator (www.id.wikipedia.org/wiki/78xx, 2010)
2.3
Transfomator
Alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Transformator terdiri dari 3 komponen pokok yaitu kumparan pertama (primer) yang bertindak sebagai input, kumparan kedua (sekunder) yang bertindak sebagai output, dan inti besi yang berfungsi untuk memperkuat medan magnet yang dihasilkan. Berdasarkan perbandingan antara jumlah lilitan primer dan jumlah lilitan skunder transformator ada dua jenis yaitu : a. Transformator step up yaitu transformator yang mengubah tegangan bolakbalik rendah menjadi tinggi, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan sekunder lebih banyak daripada jumlah lilitan primer (Ns>Np). b. Transformator step down yaitu transformator yang mengubah tegangan bolakbalik tinggi menjadi rendah, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan primer lebih banyak daripada jumlah lilitan sekunder (Np>Ns).
Gambar 2.3 Transformator (www.e-dukasi.net, 2010)
6
2.4
Transistor
Pada prinsipnya transistor merupakan sambungan dari dua buah dioda dimana dioda yang satu disebut dioda kolektor, sedang dioda satunya lagi disebut dengan dioda emitor. Berdasarkan sambungan dari dua buah dioda tersebut, maka transistor dapat dibedakan menjadi dua macam yaitu jenis NPN dan jenis PNP. Transistor PNP dan NPN mempunyai sifat yang saling berkebalikan walaupun sebenarnya prinsip kerja kedua jenis transistor tersebut adalah sama. Untuk transistor PNP diperlukan arus dan tegangan yang berlawanan dengan transistor NPN. Jika pada transistor NPN kolektornya lebih positif daripada emitor, maka transistor PNP emitornya lebih positif daripada kaki kolektor (Malvino, 1992). C
C
B
B E
E
(a) C
N
P
E
N
C
P
B
N
P
E
B
(b) Gambar 2.4 Simbol skematik transistor (Malvino, 1992). (a) Simbol transistor NPN dan PNP (b) Sambungan (junction) transistor NPN dan PNP
2.5
Relay
Relay merupakan suatu saklar magnet yang menggunakan sifat listrik magnet untuk mengubah kontak (koneksi). Relay banyak digunakan pada pengendalian yang membutuhkan tegangan yang tinggi dan arus yang kuat. Suatu relay biasanya hanya mempunyai satu koil tetapi mempunyai banyak kontak.
7
Fixed contact Movable contanc Armature
Spring
Koil
Gambar 2.5 Blok diagram relay magnetik (Petruzella, 1996)
Pada Gambar 2.5 ketika tidak ada arus yang melewati koil, tegangan pegas akan mengakibatkan lengan menjauhi inti koil. Sedangkan ketika arus mengenai koil akan dihasilkan medan magnet dan mengakibatkan lengan mendekati inti koil. Pergerakan lengan tersebut diakibatkan karena adanya medan magnet yang dihasilkan koil ketika dialiri arus. Pergerakan lengan mengakibatkan titik-titik kontak dari relay akan membuka dan menutup. Dari segi elektrisnya, relay mempunyai sifat-sifat yaitu hambatan dari kumparan relay tergantung dari banyaknya lilitan dan penampang lilitan. Hambatan relay berkisar antara 1KΩ sampai 50K. Arus dari relay merupakan arus yang mengalir ke kumparan. Besarnya arus tersebut ditentukan oleh resistansi lilitan relay. Tegangan yang diperlukan untuk mengaktifkan relay, didapatkan dari hasil kali nilai resistansi dan arus yang mengalir pada lilitan relay. Sedangkan daya dari relay merupakan hasil kali arus dan tegangan lilitan dari relay. Dipandang dari kontaknya relay terdapat berbagai jenis dan jumlah kontak relay. Berdasarkan jenis kontaknya relay ada 2 macam yaitu NO (Normally Open) dan NC (Normally Close). Sedangkan berdasarkan jumlah kontaknya ada beberapa macam relay yaitu SPST (Single Pole Single Trough), SPDT (Single Pole Double Trough), DPST (Double Pole Single Trough), DPDT (Double Pole Double Trough) dan lain-lain.
8
NO/Normally Open dan NC/Normally Close merupakan kondisi kontakkontak pada relay, yang mengacu pada kondisi kontak ketika kumparan belum teraliri arus. Kontak NO akan menutup ketika relay disuplai arus dan kontak saklar NC akan membuka ketika relay disuplai arus (Petruzella, 1996). 2.6
Sensor PIR ( Passive Infrared Receiver )
PIR (Passive Infrared Receiver) merupakan sebuah sensor berbasiskan infrared. Akan tetapi, tidak seperti sensor infrared kebanyakan yang terdiri dari IR LED dan fototransistor. PIR tidak memancarkan apapun seperti IR LED. Sesuai dengan namanya ‘Passive’, sensor ini hanya merespon energi dari pancaran sinar infra merah pasif yang dimiliki oleh setiap benda yang terdeteksi olehnya. Benda yang bisa dideteksi oleh sensor ini biasanya adalah tubuh manusia. Sensor PIR bekerja dengan mendeteksi perubahan radiasi infra merah yang terjadi ketika ada pergerakan manusia yang memiliki temperatur yang berbeda dengan lingkungan sekelilingnya.
(b)
(a) Gambar 2.6 (a) Diagram sensor PIR
(b) Sensor PIR AMN12111
(www.innovativeElectronics.com, 2010)
Di dalam sensor PIR ini terdapat bagian-bagian yang mempunyai perannya masing-masing, yaitu Fresnel Lens, IR Filter, Pyroelectric sensor, amplifier, dan comparator. Sensor PIR ini bekerja dengan menangkap energi panas yang dihasilkan dari pancaran sinar infra merah pasif yang dimiliki setiap benda dengan suhu benda
9
diatas nol mutlak. Seperti tubuh manusia yang memiliki suhu tubuh kira-kira 32 derajat celcius, yang merupakan suhu panas yang khas yang terdapat pada lingkungan. Pancaran sinar infra merah inilah yang kemudian ditangkap oleh Pyroelectric sensor yang merupakan inti dari sensor PIR ini sehingga menyebabkan Pyroelectic sensor yang terdiri dari galium nitrida, caesium nitrat dan litium tantalate menghasilkan arus listrik. Arus listrik ini ada karena pancaran sinar infra merah pasif ini membawa energi panas. Prosesnya hampir sama seperti arus listrik yang terbentuk ketika sinar matahari mengenai solar cell. IR Filter dimodul sensor PIR ini mampu menyaring panjang gelombang sinar infra merah pasif antara 8 sampai 14 mikrometer, sehingga panjang gelombang yang dihasilkan dari tubuh manusia yang berkisar antara 9 sampai 10 mikrometer ini saja yang dapat dideteksi oleh sensor. Jadi, ketika seseorang berjalan melewati sensor, sensor akan menangkap pancaran sinar infra merah pasif yang dipancarkan oleh tubuh manusia yang memiliki suhu yang berbeda dari lingkungan sehingga menyebabkan material pyroelectric bereaksi menghasilkan arus listrik karena adanya energi panas yang dibawa oleh sinar infra merah pasif tersebut. Kemudian sebuah sirkuit amplifier yang ada menguatkan arus tersebut yang kemudian dibandingkan oleh comparator sehingga menghasilkan output. Ketika manusia berada di depan sensor PIR dengan kondisi diam, maka sensor PIR akan menghitung panjang gelombang yang dihasilkan oleh tubuh manusia tersebut. Panjang gelombang yang konstan ini menyebabkan energi panas yang dihasilkan dapat digambarkan hampir sama pada kondisi lingkungan disekitarnya. Ketika manusia itu melakukan gerakan, maka tubuh manusia itu akan menghasilkam pancaran sinar infra merah pasif dengan panjang gelombang yang bervariasi sehingga menghasilkan panas berbeda yang menyebabkan sensor merespon dengan cara menghasilkan arus pada material Pyroelectricnya dengan besaran yang berbeda-beda. Karena besaran yang berbeda inilah comparator menghasilkan output. Jadi sensor PIR tidak akan menghasilkan output
apabila sensor ini
dihadapkan dengan panas yang tidak memiliki panjang gelombang infra merah antara
10
8 sampai 14 mikrometer dan benda yang diam seperti sinar lampu yang sangat terang yang mampu menghasilkan panas, pantulan objek benda dari cermin dan suhu panas ketika musim panas. Karakteristik sensor PIR AMN12111 ini diantaranya jangkauan outputnya bias mencapai 2 meter, dilengkapi dengan lens Fresnel serta mempunyai output digital.(www.innovativeelectronics.com, 2010)
2.7
Liquid Crystal Display (LCD)
LCD display module M1632 terdiri dari dua bagian, yang pertama merupakan panel LCD sebagai media penampil informasi dalam bentuk huruf/angka dua baris, masing–masing baris bisa menampung 16 huruf/angka. Bagian kedua merupakan sebuah sistem yang dibentuk dengan mikrokontroler yang ditempel dibalik pada panel LCD, berfungsi mengatur tampilan LCD. Dengan demikian pemakaian LCD M1632 menjadi sederhana, sistem lain cukup mengirimkan kode – kode ASCII dari informasi yang ditampilkan. Dari LCD MI632 terdapat spesifikasinya antara lain sebagai berikut : a.
Tampilan 16 karakter 2 baris dengan matrik 5 x 7 + kursor.
b.
ROM pembangkit karakter 192 jenis.
c.
RAM pembangkit karakter 8 jenis ( diprogram pemakai).
d.
RAM data tampilan 80 x 8 bit ( 8 karakter).
e.
Duty ratio 1/16.
f.
RAM data tampilan dan RAM pembangkit karakter dapat dibaca dari unit mikroprosesor
g.
Beberapa fungsi perintah antara lain: penghapusan tampilan (display clear), posisi krusor awal (crusor home), tampilan karakter kedip (display character blink), pengeseran krusor (cursor shift), penggeseran tampilan (display shift).
h.
Rangkaian pembangkit detak.
11
i.
Rangkaian otomatis reset saat daya dinyalakan.
j.
Catu daya tunggal + 5 volt. Diagram blok modul tampilan kristal cair (LCD)
dapat dilihat pada gambar 2.7 Common signal
DB0 – DB7
LCD
Segment signal
RS R/ W E
Controller
Serial data
Segmen t driver
VD0 Timing signal
VSS VLC
Gambar 2.7 Diagram blok LCD (Seiko Instrument, 1987)
Adapun simbol terminal input-output dapat dilihat pada tabel 2.1: Tabel 2.1 Simbol terminal Input – Output No
Simbol
Level
Deskripsi
1
VCC
-
+5V
2
GND
-
0V
3
VEE
-
Tegangan Kontras LCD
RS
H/L
R/W
H/L
E
H/L
4
5 6
Register Select, 0 = Register Perintah, 1 = Register Data 1 = Read, 0 = Write Enable Clock LCD, logika 1 setiap kali pengiriman atau pembacaan data
12
Tabel 2.1 Simbol terminal Input – Output ( lanjutan )
No
Simbol
Level
Deskripsi
7
D0
H/L
Data Bus 0
8
D1
H/L
Data Bus 1
9
D2
H/L
Data Bus 2
10
D3
H/L
Data Bus 3
11
D4
H/L
Data Bus 4
12
D5
H/L
Data Bus 5
13
D6
H/L
Data Bus 6
14
D7
H/L
Data Bus 7
15
V+BL
-
Tegangan positif backlight
16
V-BL
-
Tegangan negatif backlight
Fungsi dari masing–masing terminal dapat dilihat pada tabel 2.2 : Tabel 2.2 Fungsi Terminal. Nama
No
sinyal
Terminal
I/O
Tujuan
Fungsi Data dibaca dari modul ke MPU atau ditulis ke modul dari MPU
DB0-DB3
4
I/O
MPU
melalui bus ini. Jika antar muka 4 bit,
sinyal
–
sinyalnya
tidak
digunakan. 4 bus dua arah tri state. Data dibaca dari modul ke MPU atau DB4-DB7
4
I/O
MPU
ditulis ke modul dari MPU melalui bus ini.Jika antar mukanya 8 bit, DB 7 digunakan sebagai busy flag.
13
Tabel 2.2 Fungsi Terminal ( lanjutan ). Nama
No
Sinyal
Terminal
E
1
I/O
Tujuan
Input
MPU
Fungsi
Sinyal awal operasi. Sinyal ini mengaktifkan penulisan atau pembacaan data. Sinyal pemilih baca (R) atau tulis (W), 0: tulis,
R/W
1
Input
MPU
1 : baca
RS
1
Input
MPU
VLC
1
-
PS
VDD
1
-
PS
+ 5V
VSS
1
-
PS
Terminal Ground : 0V
0 : Register instruksi (tulis) 1 : Register data (tulis dan baca) Terminal catu daya untuk mengatur kecerahan tampilan kristal cair.
Register adalah blok diagram yang sering digunakan untuk menyimpan (sementara) informasi biner yang muncul. LCD mempunyai 2 macam register 8 bit : Instruksi register (IR) dan Data Register (DR) yang masing – masing dapat dipilih menggunakan sinyal pemilih (Pin RS). Tabel 2.3 Fungsi register RS
RW
0
0
0
1
1
0
1
1
Operasi Pemilihan IR, penulisan IR. Operasi dalam: penghapusan layar. Baca busy flag (DB7) dan penghitung alamat (DB0-DB6) Pemilihan register data, pemilihan register data. Operasi dalam: DR ke DDRAM atau CGRAM. Pemilihan register data, pembacaan register data. Operasi dalam: DDRAM atau CGRAM ke register data.
14
Dari tabel 2.3 terdapat register intruksi dan register data. Register instruksi digunakan untuk menyimpan kode perintah misalnya hapus tampilan, geser kursor, dan sebagainya. Juga digunakan untuk menyimpan perintah yang berhubungan dengan alamat RAM data tampilan (DDRAM) atau alamat RAM pembangkit karakter (CGRAM). Register Data (DR) digunakan untuk menyimpan data yang akan dikirim ke atau di baca dari DDRAM atau CGRAM. Apabila data diisikan ke DDRAM maka secara otomatis data isi register akan dipindahkan ke DDRAM/CGRAM. Apabila data dibaca dari DDRAM maka alamat dari DDRAM akan diisikan ke dalam IR. (Seiko Instrument, 1987)
2.8
Mikrokontroler AT89S51
Mikrokontroler adalah satu sistem komputer yang dirancang untuk keperluan pengontrolan sistem. Mikrokontroler dilengkapi dengan CPU (Unit Pemrosesan Pusat), memori dan perangkat perantara lainnya sehingga sering disebut mikrokomputer serpih tunggal. Tidak seperti sistem komputer, yang mampu menangani berbagai macam program aplikasi (misalnya pengolahan kata, pengolahan angka, dan lain sebagainya), mikrokontroler hanya bisa digunakan untuk suatu aplikasi tertentu saja (hanya satu program saja yang bisa disimpan). Perbedaan lainnya terletak pada perbandingan RAM dan ROM. Pada sistem komputer perbandingan RAM dan ROM-nya besar, artinya program-program pengguna disimpan dalam ruang RAM yang relatif besar, sedangkan rutin-rutin antarmuka perangkat keras disimpan dalam ruang ROM yang kecil. Sedangkan pada mikrokontroler, perbandingan ROM dan RAM-nya yang besar, artinya program kontrol disimpan dalam ROM (bisa masked ROM atau flash PEROM) yang ukurannya relatif lebih besar, sedangkan RAM digunakan sebagai tempat menyimpan sementara, termasuk register-register yang digunakan pada mikrokontroler yang bersangkutan.
15
IC AT89S51 adalah mikrokontroler dengan daya rendah, CMOS 8-bit daya kerja tinggi dengan 4K byte In System Programmable Flash Memory. AT89S51 dibuat menggunakan nonvolatile teknologi memori kepadatan tinggi milik Atmel dan dapat digabungkan dengan set instruksi dan pin out standar pabrik 80C51. Flash di dalam chip melewatkan program memori untuk dapat diprogram ulang di dalam sistem atau oleh suatu pemrograman memori nonvolatile konvensional. Salah satu keluarga MCS51 yaitu flash mikrokontroler AT89S51 dengan keunggulan tertentu dibandingkan 8031 dari Intel terutama segi memori. AT89S51 adalah mikrokomtroler CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) 8 bit berunjuk kerja tingggi dengan 4 Kbyte Rom yang dapat diprogram dan dihapus dengan cepat. Memori ini dibuat dengan teknologi tidak mudah menguap, kapasitas tinggi, dan kompatibel dengan standar industri MCS51 untuk pin dan perintah. Serpih memori flash membolehkan memori diprogram ulang dalam sistem atau dengan memori programmer konvensional. Kombinasi CPU 8 bit dan memori flash membuat AT89S51 adalah sebagai mikrokomputer yang bertenaga dengan kelenturan tinggi dan solusi harga efektif pada perancangan aplikasi mikrokontroler. Pada AT89S51 tersedia beberapa kelengkapan standar yaitu : flash 4 Kbyte, RAM 128 byte, 32 jalur I/O, 2 pewaktu/penghitung 16 bit, 5 penyelaan (baris arsitektur interupsi) 2 tingkat, pintu serial 2 arah, oscillator satu serpih, dan rangkaian detak. AT89S51 juga didesain dengan logika statik untuk operasi turun ke frekuensi nol dan mendukung dua software dengan model daya yang dapat dipilih. Model Idle (daya kerja rendah), menghentikan CPU saat melewatkan RAM, pewaktu/counter, serial port, dan sistem interupsi kepada pemfungsian kendali. Berikut ini adalah gambar dari konfigurasi pin flash programming mode atau ISP mode (Atmel, 2004).
16
Gambar 2.8 Konfigurasi pin flash programming mode mikrokontroler MCS-51 (Atmel, 2004).
Mikrokontroler MCS-51 merupakan sebuah chip semikonduktor yang terintegrasi dan
merupakan
jenis mikrokontroler yang didalamnya dilengkapi
dengan : a.
Sebuah CPU (Central Processing Unit) 8 bit.
b.
Osilator internal dan rangkaian pewaktu.
c.
RAM internal 128 byte (on chip)
d.
Empat buah programmable port I/O, masing-masing terdiri atas 8 buah jalur I/O
e.
Dua buah timer/counter 16 bit
f.
Lima buah jalur interupsi (dua buah interupsi eksternal dan tiga buah interupsi
internal)
g.
Satu buah port serial dengan kontrol serial full duplex UART.
h.
Kemampuan melakukan operasi perkalian, pembagian dan operasi boolean.
Dari keterangan lebih jelas tampak pada Gambar 2.9 tentang diagram bus mikrokontroler MCS 51.
17
Gambar 2.9 Diagram bus mikrokontroler (Agfianto, 2004)
Bentuk kemasan dari mikrokontroler AT89S51 dirancang dalam bentuk DIP 40 pin standar dengan pertimbangan kemudahan untuk pemrograman. Konfigurasi kaki dari mikrokontroler dapat dilihat pada gambar 2.10 berikut ini.
Gambar 2.10 Pin-pin pada mikrokontroler AT89S51 (Agfianto, 2004)
Fungsi masing-masing pin secara rinci adalah sebagai berikut : a. VCC
18
Tegangan yang dibutuhkan dari catu daya positif untuk mikrokontroler adalah sebesar +5V. b. GND GND adalah panghubung ke catu daya 0 atau ground. c. Port 0 Port 0 adalah pintu masukan atau keluaran dua arah open drain. Bila logic 1 dikirimkan ke port 0, maka port dapat digunakan sebagai alamat (data bus) byte rendah selama berhubungan dengan memori program (data eksternal). d. Port 1 Port 1 adalah pintu masukan atau keluaran dua arah dengan tahanan pull-up dalam. Penyangga port 1 dapat menampung sumber 4 masukan TTL. Saat pertama ditulis ke pin port 1, mereka dibuat tinggi oleh tahanan pull-up dalam dan dapat dipakai sebagai masukan. Port 1 juga menerima alamat byte rendah selama pemroraman dan pembuktian. e. Port 2 Port 2 adalah pintu masukan atau keluaran dua arah dengan tahanan pull-up dalam. Penyangga keluarannya dapat menampung atau memberikan 4 buah masukan TTL. Port 2 mengeluarkan byte alamat tinggi selama berhubungan dengan memori luar. Pada saat pemrograman atau pembuktian, port 2 menerima masukan byte alamat berlogika tinggi dan beberapa sinyal kendali. f. Port 3 Port 3 adalah pintu masukan atau keluaran 8 bit dua arah yang dapat menyerap atau memberikan 4 masukan TTL. Sebagai masukan, port 3 harus dikirim logika tinggi. Port 3 juga menerima beberapa sinyal kendali untuk pemrograman dan pembuktian. Port 3 juga sebagai fungsi alternatif AT89S51 seperti tabel 2.4.
19
Tabel 2.4 Tabel fungsi alternatif pengganti port 3 Pin port
Fungsi alternatif
P3.0
RXD (pintu masukan deret)
P3.1
TXD (pintu masukan deret)
P3.2
INT0 (penyelaan luar no.0)
P3.3
INT1 (penyelaan luar no.1)
P3.4
T0 (masukan luar pewaktu 0)
P3.5
T1 (masukan luar pewaktu 1)
P3.6
WR (tulis memori data luar)
P3.7
RD (baca memori data luar)
g. RST RST adalah port hapus untuk menghapus penghitung program (program counter) sehingga program diawali pada alamat 0000H. h. ALE/PROG (Address Latch Enable) ALE/PROG adalah pulsa keluaran untuk mengunci alamat byte rendah selama mengakses memori luar. Port ALE juga dipakai untuk pulsa program selama proses pemrograman flash. Pemakaian normal ALE mengeluarkan pulsa sebesar 1/6 dari frekuensi osilator dan dapat dipakai sebagai sinyal detak atau pewaktu perangkat luar. i. PSEN (Program penyimpan dijalankan) PSEN adalah port keluaran pulsa strobe untuk memori program luar. Saat AT89S51 menjalankan perintah dari memori program luar, PSEN akan aktif dua kali setiap periode mesin kecuali untuk berhubungan dengan memori data luar maka akan dilewati. j. EA/Vpp (Akses luar dijalankan) EA/Vpp harus dihubungkan ke ground untuk menjalankan program luar yang dimulai pada 0000H hingga FFFFH. Sebaliknya untuk menjalankan program
20
bagian dalam, maka EA harus dihubungkan dengan Vpp. Untuk fungsi pemrograman, EA harus dihubungkan Vpp umumnya sebesar +12V. k. XTAL1 XTAL1 adalah port masukan ke penguat pembalik osilator dan masukan rangkaian detak dalam. l. XTAL2 XTAL2 adalah keluaran dari penguat pembalik osilator. (Agfianto, 2004)
BAB IV IMPLEMENTASI DAN ANALISA
4.1
Pengujian Rangkaian Catu Daya
Pengujian rangkaian catu daya yang memiliki 2 output tegangan. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui keluaran catu daya tersebut 5 volt dan 12 volt. Sehingga dimungkinkan agar tidak terjadi penurunan atau kenaikkan tegangan dalam hal ini tegangan konstan. Pengujian dilakukan dengan cara mengukur tegangan keluaran dari catu daya dengan multitester.
Tabel 4.1 Hasil pengujian Rangkaian Catu daya Tegangan (V) 5,02
4.2
Tegangan (V) 12,11
Pengujian Rangkaian Relay
Tujuan pengujian adalah untuk mengukur arus dan tegangan relay pada saat on maupun off. Pada sistem ini rangkaian relay yang digunakan adalah rangkaian relay bukan pull-up. Dari hasil pengujian yang tecantum dalam Tabel 4.2 dapat diketahui bahwa pada saat rangkaian relay belum diberi masukan atau masih dalam status low maka relay belum terenergis sedangkan ketika pada rangkaian relay diberi masukan tegangan 12V atau dalam status high maka relay akan terenergis.
31
32
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Rangkaian Relay No.
Relay
Inputan tegangan
Kondisi
Output
1.
Relay 1
0 Volt
Tdk Terenergis
arus DC putus
12Volt
Terenergis
arus DC terhubung
0Volt
Tdk Terenergis
arus DC putus
12 Volt
Terenergis
arus DC terhubung
2.
Relay 2
Pada rangkaian driver relay (penggerak relay) terdiri dari dua buah transistor, transistor-transistor difungsikan sebagai switch yang bekerja untuk mengatifkan relay. Alasan penggunaan dua transistor pada rangkaian penggerak relay yaitu untuk mengatasi ketidakmampuan mikrokontroler membuat transistor saturasi karena mikrokontroler tergolong aktif low. Ketika logika high diberikan pada salah satu pin mikrokontroler maka impendasinya akan tinggi sehingga arus yang dihasilkan oleh pin mikrokontroler tidak mampu membuat transistor saturasi disebabkan jika rangkaian penggerak menggunakan satu transistor
oleh karena itu dirangkai
rangkaian switching.
4.3
Pengujian Rangkaian LCD
Bagian ini hanya terdiri dari sebuah LCD dot matriks 2 x 16 karakter yang berfungsi sebagai tampilan hasil pengukuran dan tampilan dari beberapa keterangan. LCD dihubungkan langsung ke
Port 3 dari mikrokontroler yang berfungsi
mengirimkan data hasil pengolahan untuk ditampilkan dalam bentuk alfabet dan numerik pada LCD.
33
Gambar 4.1 konfigurasi pin LCD
Terminal 1 dengan +5V, terminal 2 dengan GND, dan terminal 3 dengan pin tengah pada sebuah resistor variable 10Kohm yang dihubungkan sebagai pembagi tegangan
(pin-pin yang masing-masing dihubungkan dengan GND dan VCC).
Selanjutnya resistor variable ini akan berfungsi sebagai pengatur kontras LCD. Terminal 4 (RS) digunakan untuk memberitahukan LCD bahwa data yang akan dikirim berupa data atau berupa kode pengaturan. Terminal 5 (RW) berfungsi untuk menentukan arah data, yaitu mikrokontroler mengirim data atau meminta data. Terminal 6 adalah terminal enable. Jika arah data adalah menuju LCD, maka LCD akan mengambil data pada saat terminal enable berada pada transisi turun. Sebaliknya jika data berasal dari LCD, maka mikrokontroler harus sudah mengambil data sebelum sinyal enable low. Terminal 7 hingga terminal 14 adalah jalur data, sedangkan terminal 15 dan 16 adalah terminal untuk menyalakan lampu LCD. Penyambungan LCD pada gambar 4.1 yaitu menghubungkan terminal 7 ke P0.0 berturut-turut hingga terminal 14 dengan P0.7. Kemudian terminal 4 (RS) dengan P3.6 dan terminal 6 dengan P3.7. Terminal 5 (RW) boleh langsung disambungkan ke GND jika kita tidak akan melakukan pembacaan data pada LCD.
4.4
Pengujian Rngkaian Mikrokontroler
Pengujian rangkaian mikrokontroer AT89S51 ini dilakukan dengan membuat rangkaian seperti berikut :
34
Gambar 4.2 Rangkaian uji coba rangkaian mikrokontroler AT89S51
Pengecekan mikrokontroller AT89S51 dilakukan dengan port 0.0 sampai port 0.7 dihubungkan dengan delapan buah LED pada kaki katoda. Kaki Kanoda LED dihubungkan dengan resistor 330 ohm. Sedangkan kaki anoda dihubungkan dengan VCC. Dengan program pengujian sebagai berikut: ORG 0H MULAI: MOV P0,#00000001B JMP MULAI END
35
4.5
Pengujian Rangkaian Sensor PIR
Pengujian sensor PIR bertujuan untuk mengetahui jarak maksimal yang dapat dideteksi oleh sensor PIR dari sumber panas serta luas area yang dapat dijangkau. Panas tubuh manusia yang digunakan dalam pengujian ini mempunyai suhu normal sebesar 27-32OC. Jarak sumber panas terhadap sensor diubah sampai multimeter tidak menunjukkan respon tegangan yang dihasilkan oleh sensor. Ketika tidak ada objek yang dideteksi, maka keluaraan tegangan menujukkan angka 0,1mV. Ini menunjukkan bahwa keluaran PIR adalah logika 0 (rendah) ketika tidak mendeteksi objek. Ketika ada objek berupa sumber panas dideteksi sensor PIR, maka tegangan keluaran sensor menunjukkan 4,95mV. Ini menunjukkan sensor akan berlogika 1 (tinggi) ketika mendeteksi panas tubuh. Pengujian juga dilakukan dengan melihat respon PIR terhadap sumber panas tubuh manusia pada jarak tertentu.
Tabel 4.3 Pengujian sensor PIR Jarak (cm)
Tegangan (mVolt)
Keterangan
25
4,95
Akurat
50
4,95
Akurat
75
4,94
Akurat
100
4,94
Akurat
125
4,94
Akurat
150
4,94
Akurat
175
4,94
Akurat
200
4,94
Akurat
225
4,94
Akurat
250
4,94
Akurat
275
4,94
Akurat
300
4,94
Akurat
325
4,94
Akurat
36
Tabel 4.3 Pengujian sensor PIR (lanjutan) Jarak (cm)
Tegangan (mVolt)
Keterangan
350
4
Tidak akurat
400
4
Tidak akurat
475
4
Tidak akurat
500
0
Tidak akurat
600
0
Tidak ada respon
4.6
Pemasukan Program Assemby ke Mikrokontroler AT89S51
Proses ini, dilakukan oleh downloader IC AT89xx. Adapun langkahlangkahnya adalah sebagai berikut : 1. Tancapkan IC AT89S51 ke soket ic pada downloader. 2. Hubungkan soket female DB-25 pada downloader ke soket male DB-25 di PC dan hubungkan power supply dengan tegangan 12 V ke downloader. 3. Buka program READ51. 4. Buat program yang anda inginkan lalu simpan. Jika tidak terdapat error maka simulasi program bisa dijalankan. File yang tersimpan secara otomatis akan beraktensi *.hex.
Gambar 4.3 Proses konversi dari .asm ke .hex
37
5. Apabila program assembly sudah benar serta tidak ditemukannya kesalahan, langkah selanjutnya adalah menjalankan program AEC_ISP. 6. Kemudian arahkan pada pilihan E, lalu tekan enter atau tekan tombol “E”. Ini berfungsi untuk memasukkan program yang berekstensi hex ke dalam IC AT89S51. 7. Jika sudah 100%, tekan sembarang tombol untuk melanjutkan. 8. Langkah selanjutnya adalah memilih pilihan I, lalu tekan enter. Disitu tampak bahwa kondisi masih tinggi (high). Dengan menekan tombol enter, maka akan berubah menjadi rendah (low). 9. Setelah proses download selesai, langkah selanjutnya yaitu memasang IC AT89S51 yang berisi program cob.hex tadi ke rangkaian.
4.7
Pengujian Alat Keseluruhan
Pengujian rangkaian dilakukan secara keseluruhan setelah perakitan seluruh pendukung sistem meliputi rangkaian catu daya 5V dan 12V, rangkaian mikrokontroler, rangkaian LCD, rangkaian relay, serta sensor PIR.
Gambar 4.4 Rangkaian secara keseluruhan
38
Tabel 4.4 Hasil pengujian Tampilan LCD
Keterangan Tampilan LCD pada saat alat dalam kondisi
Prototype Wastafel Otomatis
ON (sensor 1 dan sensor 2 tidak terhalangi atau normal)
Cucilah Tangan Dengan Bersih
Tampilan saat sensor 1 terhalangi dan air akan mengalir dengan delay 1 detik.
Mengeringkan Tangan
Tampilan saat sensor 2 terhalangi dan kipas akan hidup dengan delay 1 detik.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
Kesimpulan
Dari hasil perancangan, pembuatan alat dan pengujian, maka didapat suatu kesimpulan adalah : 1. Prototype wastafel otomatis telah selesai dibuat dan sudah dapat berjalan sesuai dengan yang direncanakan dengan menggunakan 2 sensor PIR AMN12111, 2 relay, pompa, kipas, LCD serta mikrokontroler AT89S51. 2. Prototype wastafel otomatis menggunakan sensor PIR yang bekerja dengan mendeteksi perubahan radiasi infra merah yang terjadi ketika ada pergerakan manusia yang memiliki temperatur yang berdeda dengan lingkungan sekelilingnya. 5.2
Saran
Alat yang dibuat dalam tugas akhir ini sesungguhnya masih terdapat banyak kelemahan, baik secara fisik maupun system kerjanya. Oleh karena itu masih perlu kajian-kajian dan uji coba agar diperoleh alat yang lebih sempurna. Saran yang bisa penulis sampaikan adalah : 1. Menambahnya otomatisasi berupa air sabun dalam alat ini. 2. Menambahkan keluaran berupa suara.
39
DAFTAR PUSTAKA
Agfianto, E., P., 2004, ”Belajar Mikrokontroler AT89C51/52/55”, Yogyakarta: Gava Media. Atmel, 2004, www.atmel.com. Diakses pada 10 Juni 2010 E-dukasi, 2010, www.e-dukasi.net.diakses pada 10 Juni 2010 InnovativeElektronics, 2010, www.innovativeEletronics.com.diakses 5 Juni 2010. Jayadin, 2007, ” Ilmu Elektronika ”, diakses pada 10 Juni 2010. Malvino, 1992, ”Prinsip-Prinsip Elektronika”, Jakarta: Erlangga. Petruzella, F., D., 1996, “Elektonika Industri”. Yogyakarta : ANDI. Seiko Instrument, 1987, “Liquid Crystal Display Module M1632 User Manual”, Japan: Seiko Instrument Inc. Wikipedia, 2010, www.id.wikipedia.org/wiki/78xx. diakses pada 10 Juni 2010.
40
