BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengukuran Kekentalan (Viskositas) Kekentalan (viskositas) merupakan karakteristik yang kadang-kadang dinamakan pula sebagai geseran fluida. Karena itu kekentalan dapat diukur dengan mengukur geseran atau gaya geserannya (shear force). Salah satu metode ini adalah metode Viscograf. Pengukuran kekentalan dapat pula dilakukan lewat pengukuran beda tekanan lewat bejana licin yang dialiri fluida. penghambatnya adalah tabung logam dengan dinding licin. Tekanan diukur lewat sadapan di kedua ujung tabung. Laju ukuran dan densitas dan percepatan gravitasi dijaga tetap. Sifat-sifat kerapatan dan berat jenis adalah ukuran dari beratnya sebuah fluida. Namun jelas bahwa sifat-sifat ini saja tidak cukup untuk mengkarakterisasi secara khas bagaimana fluida berperilaku karena dua fluida (misalnya air dan minyak) yang memiliki nilai kerapatan hampir sama memiliki perilaku yang berbeda ketika mengalir. Tampaknya ada sifat tambahan yang diperlukan untuk menggambarkan fluiditas dari fluida. Kekentalan yang sering disebut sebagai viskositas dalam satuan poise dapat dianggap sebagai gesekan antar bagian dalam suatu fluida. Viskositas untuk semua fluida sangat dipengaruhi oleh temperatur, jika temperatur naik, kekentalan gas ternyata bertambah sedangkan kekentalan cairan berkurang. Kecepatan fluida kental yang mengalir melalui pipa tidak sama di seluruh penampang lintangnya. Lapisan paling luar yang melekat pada dinding pipa

2 7 mempunyai kecepatannya nol dan berangsur-angsur ke tengah semakin besar sehingga kecepatan paling besar berada di tengah penampang, seperti gambar 2.1. Gambar 2.1 Distribusi kecepatan aliran fluida kental Jika ada gerak antara fluida (cairan atau gas) dengan benda lain, selalu terjadi gaya yang melawan gerak tersebut yang disebut gaya kekentalan. Bila sebuah benda berbentuk bola, bergerak dengan kecepatan rendah di dalam suatu medium (cairan atau gas), maka besar gaya kekentalan adalah: Fv = -6 ᴨ ὴ r v.(2.1) dengan: Fv = gaya gesekan yang melawan gerakan (dyne) ὴ = koefisien kekentalan (poise) r = jari-jari bola (cm) v = kecepatan bola relatif terhadap medium (cm/s) Tanda minus(-) pada persamaan 2.1 menunjukkan arah Fv berlawanan dengan arah v. Persamaan tersebut dikenal dengan hukum Stokes. Adapun syaratsyarat pemakaian hukum Stokes adalah: a. Ruangan atau medium tidak terbatas (ukurannya cukup besar) b. Tidak ada turbulensi (penggelinciran) pada medium, praktisnya kecepatan v tidak besar.

3 8 2.2 Komponen Penyusun Rangkaian Sensor Photodioda Sensor adalah alat yang dapat digunakan untuk mendeteksi dan sering berfungsi untuk mengukur magnitude sesuatu. Sensor merupakan jenis transduser yang digunakan untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Photodioda merupakan suatu komponen aktif yang peka terhadap cahaya. Photodioda juga sering disebut sebagai sensor cahaya karena kepekaannya terhadap cahaya. Photodioda memiliki bentuk yang sama persis dengan LED tetapi jika dilihat lebih detail dari bagian atas maka pada photodioda akan terdapat sebuah kotak kecil berwarna hitam dan terdapat seperti kawat tembaga kearah tengah. Selain itu photodioda tidak memancarkan cahaya seperti LED. Jika terkena cahaya, hambatan antara katoda dan anoda pada photodioda sangat kecil hampir seperti hubung singkat tetapi jika tidak terkena cahaya hambatanya sangat besar. Respon yang dimiliki photodioda dari gelap menuju terang dan terang menuju gelap sangat cepat dan cocok untuk frequensi tinggi sehingga. Bentuk dan simbol photodioda dapat dilihat pada gambar dibawah ini: Gambar 2.2 Bentuk dan simbol Photodioda

4 9 Jika mencermati simbol photodioda akan sedikit berbeda dengan simbol LED walaupun sama-sama menggunakan simbol dioda ditambah panah, arah panah pada photodioda mengarah kedalam. Arah panah ini menandakan bahwa photodioda menyerap cahaya untuk mengatur sambungan antara katoda dan anoda. Cara menentukan kaki anoda (positif) dan kaki katoda (negatif) adalah dengan melihat panjang kakinya, kaki anoda lebih panjang daripada kaki katoda. Dalam penggunaannya sebagai sensor cahaya, photodioda dipasang dalam keadaan reverse (terbalik). Photodioda adalah sensor cahaya yang termasuk kategori sensor cahaya photo conductive yaitu sensor cahaya yang akan mengubah perubahan intensitas cahaya yang diterima menjadi perubahan konduktansi pada terminal sensor tersebut. Photodioda merupakan sensor cahaya yang akan mengalirkan arus listrik satu arah saja dimana akan mengalirkan arus listrik dari kaki anoda ke kaki katoda pada saat menerima intensitas cahaya Infra Merah Penggunaan infra merah sebagai media transmisi data mulai diaplikasikan pada berbagai peralatan seperti televisi, handphone sampai pada transfer data pada PC. Media infra merah ini dapat digunakan baik untuk kontrol aplikasi lain maupun transmisi data. Pada handphone dan PC, media infra merah ini digunakan untuk mentransfer data tetapi dengan suatu standar/protokol tersendiri. Cahaya infra merah merupakan cahaya yang tidak tampak. Jika dilihat dengan spektroskop cahaya maka radiasi cahaya infra merah akan nampak pada spektrum elektromagnet dengan panjang gelombang di atas panjang gelombang cahaya merah. Dengan panjang gelombang ini maka cahaya infra merah ini akan

5 10 tidak tampak oleh mata namun radiasi panas yang ditimbulkannya masih terasa/dideteksi. Pada dasarnya komponen yang menghasilkan panas juga menghasilkan radiasi infra merah, termasuk tubuh manusia maupun tubuh hewan. Cahaya infra merah mempunyai panjang gelombang yang sangat panjang tetapi tidak dapat menembus bahan-bahan yang tidak dapat melewatkan cahaya yang nampak, sehingga cahaya infra merah tetap mempunyai karakteristik seperti halnya cahaya yang nampak oleh mata. Dalam penerimaan infra merah, sinyal ini merupakan sinyal infra merah yang termodulasi. Pemodulasian sinyal data dengan frekuensi tertentu akan dapat memperjauh trasnmisi data sinyal infra Buzzer Buzzer adalah sebuah komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah getaran listrik menjadi getaran suara. Pada dasarnya prinsip kerja buzzer hampir sama dengan loudspeaker, buzzer juga terdiri dari kumparan yang terpasang pada diafragma dan kemudian kumparan tersebut dialiri arus sehingga menjadi elektromagnet, kumparan tadi akan tertarik ke dalam dan keluar, tergantung dari arah arus dan polaritas magnetnya, karena kumparan dipasang pada diafragma maka setiap gerakan kumparan akan menggerakkan diafragma secara bolak-balik sehingga membuat udara bergetar yang akan menghasilkan suara. Buzzer biasa digunakan sebagai indikator bahwa proses telah selesai atau terjadi suatu kesalahan pada sebuah alat (alarm).

6 11 Gambar 2.3 Simbol Buzzer Kapasitor Kapasitor atau disebut kondensator adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Kapasitor memiliki satuan yang disebut Farad dari nama Michael Faraday. Jenis kapasitor ada 2, yaitu: a. Kapasitor diidentikkan mempunyai dua kaki dan dua kutub yaitu positif dan negatif serta memiliki cairan elektrolit dan biasanya berbentuk tabung. Lambang kapasitor (mempunyai kutub) pada skema elektronika. b. Jenis yang satunya lagi kebanyakan nilai kapasitasnya lebih rendah, tidak mempunyai kutub positif atau negatif pada kakinya, kebanyakan berbentuk bulat pipih berwarna coklat, merah, hijau dan lainnya seperti tablet atau kancing baju. Lambang kapasitor (tidak mempunyai kutub) pada skema elektronika. Gambar 2.4 Jenis kapasitor

7 Mikrokontroller ATmega8 Mikrokontroller adalah sebuah system microprocessor dimana didalamnya sudah terdapat CPU, ROM, RAM, I/O, Clock dan peralatan internal lainnya yang sudah saling terhubung dan terorganisasi (teralamati) dengan baik oleh pabrik pembuatnya dan dikemas dalam satu chip yang siap pakai. Sehingga kita tinggal memprogram isi ROM sesuai aturan penggunaan oleh pabrik yang membuatnya. Teknologi yang digunakan pada mikrokontroler AVR berbeda dengan mikrokontroler seri MCS-51. AVR berteknologi RISC (Reduced Instruction Set Computer), sedangkan seri MCS-51 berteknologi CISC (Complex Instruction Set Computer). Mikrokontroler AVR dapat dikelompokkan menjadi empat kelas, yaitu keluarga ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega, dan keluarga AT89RFxx.Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, kelengkapan periperal dan fungsi-fungsi tambahan yang dimiliki Arsitektur Mikrokontroller AVR Mikrokontroler adalah suatu chip yang dapat digunakan sebagai pengontrol utama sistem elektronika, misalnya sistem pengukur suhu digital, sistem keamanan rumah dan lain sebagainya. Hal ini dikarenakan di dalam chip tersebut sudah ada unit pemroses, memori ROM (Read Only Memori), RAM (Random Access Memory), Input-Output, dan fasilitas pendukung lainnya. Mikrokontroler AVR memiliki arsitektur RISC 8 bit, di mana semua instruksi dikemas dalam kode 16- bit (16-bit word) dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 (satu) siklus clock, berbeda dengan instruksi MCS51 yang membutuhkan 12 siklus clock.

8 13 Hal ini terjadi karena kedua jenis mikrokontroler tersebut memiliki arsitektur yang berbeda. AVR berteknologi RISC (Reduced Instruksi Set Computing), sehingga eksekusi instruksi dapat berlangsung sangat cepat dan efisien. Sedangkan seri MCS51 berteknoli CISC (Complex Instruktion Set Computing). Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral, dan fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan, mereka bias dikatakan hampir sama. Mikrokontroler AVR sudah menggunakan konsep arsitektur Harvard yang memisahkan memori dan bus untuk data dan program, serta sudah menerapkan single level pipelining. Berikut adalah feature-feature mikrokontroller seri ATmega8. 1. Memori Flash 8 Kbytes dalam programmable flash 2. Memori EEPROM 512 bytes untuk data yang dapat diprogram saat operasi 3. Memori SRAM 1 bytes untuk data 4. Dua buah Timer / Counter18 bit dengan kemampuan pembandingan 5.Watchdog Timerdengan osilator internal 6. 6 channel ADC, Empat Saluran 10-bit Akurasi dan Dua Saluran 8-bit Akurasi 7. Lima Mode Sleep: Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Power-down, dan Siaga 8. Antar muka komparator analog 9. Saluran I/O sebanyak 23 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, dan Port D. 10. Unit interupsi internal dan eksternal 11. Programmable Serial USART 12. Master / Slave SPI Serial Interface

9 Power-on reset dan Deteksi Programmable Brown-out 14. Internal dikalibrasi RC Oscillator Penjelasan Fungsi PIN Mikrokontroller AVR IC mikrokontroler dikemas (packaging) dalam bentuk yang berbeda. Namun pada dasarnya fungsi kaki yang ada pada IC memiliki persamaan. Gambar salah satu bentuk IC seri mikrokontroler AVR Atmega 8 dapat dilihat pada gambar berikut ini: Gambar 2.5 Pin Atmega8 Berikut adalah penjelasan fungsi tiap kaki : 1) PORT B Port B dapat memberi arus 20mA 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 inginmemfungsikan pin-pin Port B bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Pin-pin Port B juga memiliki fungsi alternatif khusus seperti yang dapat dilihat dalam tabel konfigurasi pin Port B ATmega 8 berikut:

10 15 Tabel 2.1 Konfigurasi Pin Port B ATmega8 2) PORT C 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 20mA 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 fungsi alternatif sebagai oscillator untuk timer/counter 2. 3) 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 member arus 20mA 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.

11 16 Selain itu, pin-pin port D juga memiliki untuk fungsi-fungsi alternatif khusus seperti yang dapat dilihat dalam tabel konfigurasi pin Port D ATmega8 berikut: Tabel 2.2 Konfigurasi Pin Port D ATmega8 4) RESET RST pada pin 9 merupakan reset dari AVR. Jika pada pin ini diberi masukan low selama minimal 2 siklus maka system akan di-reset. 5) XTAL1 XTAL1 adalah masukan ke inverting oscillator amplifier dan input ke internal clock operating circuit. 6) XTAL2 XTAL2 adalah output dari inverting oscillator amplifier. 7) Avcc Avcc adalah kaki masukan tegangan bagi A/D Converter. Kaki ini harus secara eksternal terhubung ke Vcc melalui lowpass filter. 8) AREF

12 17 AREF adalah kaki masukan referensi bagi A/D Converter. Untuk operasionalisasi ADC, suatu level tegangan antara AGND dan Avcc harus dibeikan ke kaki ini. 9) AGND AGND adalah kaki untuk analog ground. Hubungkan kaki ini ke GND, kecuali jika board memiliki anlaog ground yang terpisah LCD (Liquid Crystal Display) LCD merupakan salah satu perangkat penampil yang banyak digunakan. Penampil LCD menggantikan fungsi dari penampil CRT (Cathode Ray Tube), yang sudah berpuluh-puluh tahun digunakan manusia sebagai penampil gambar/text baik monokrom (hitam dan putih), maupun yang berwarna. Teknologi LCD memberikan keuntungan dibandingkan dengan teknologi CRT (Cathode Ray Tube), karena pada dasarnya, CRT (Cathode Ray Tube) adalah tabung triode yang digunakan sebelum transistor ditemukan. Beberapa keuntungan LCD dibandingkan dengan CRT (Cathode Ray Tube) adalah konsumsi daya yang relative kecil, lebih ringan, tampilan yang lebih bagus, dan ketika berlama-lama di depan monitor, monitor CRT (Cathode Ray Tube) lebih cepat memberikan kejenuhan pada mata dibandingkan dengan LCD. LCD memanfaatkan silicon atau gallium dalam bentuk Kristal cair sebagai pemendar cahaya. Pada layar LCD, setiap matrik adalah susunan dua dimensi piksel yang dibagi dalam baris dan kolom. Dengan demikian, setiap pertemuan baris dan kolom adalah sebuah LED terdapat sebuah bidang latar (backplane), yang merupakan lempengan kaca bagian belakang dengan sisi dalam yang

13 18 ditutupi oleh lapisan elektroda trasparan. Dalam keadaan normal, cairan yang digunakan memiliki warna cerah. Gambar 2.6 LCD 2x16 Daerah-daerah tertentu pada cairan akan berubah warnanya menjadi hitam ketika tegangan diterapkan antara bidang latar dan pola elektroda yang terdapat pad sisi dalam lempeng kaca bagian depan. Keunggulan LCD adalah hanya menarik arus yang kecil (beberapa microampere), sehingga alat atau sistem menjadi portable karena dapat menggunakan catu daya yang kecil. Keunggulan lainnya adalah tampilan yang diperlihatkan dapat dibaca dengan mudah di bawah terang sinar matahari. Di bawah sinar cahaya yang remang-remang dalam kondisi gelap, sebuah lampu (berupa LED) harus dipasang dibelakang layar tampilan. LCD yang digunakan adalah jenis LCD yang menampilkan data dengan 2 baris tampilan pada display. Keuntungan dari LCD ini adalah mudah dihubungkan dengan port I/O karena hanya mengunakan 8 bit data dan 3 bit control, ukuran modul yang proporsional, daya yang digunakan relative sangat kecil.

14 19 Gambar 2.7 Konfigurasi Pin LCD PIN Keterangan Konfigurasi Hubung 1 GND Ground 2 VCC Tegangan +5V DC 3 VEE Ground 4 RS Kendali RS 5 RW Ground 6 E Kendali E/Enable 7 D0 Bit 0 8 D1 Bit 1 9 D2 Bit 2 10 D3 Bit 3 11 D4 Bit 4 12 D5 Bit 5 13 D6 Bit 6 14 D7 Bit 7 15 A Anoda (+5V DC) 16 K Katoda (Ground) Tabel 2.3 Konfigurasi Pin LCD

15 20 Operasi dasar pada LCD terdiri dari empat, yaitu instruksi mengakses proses internal, instruksi menulis data, instruksi membaca kondisi sibuk, dan instruksi membaca data. ROM pembangkit sebanyak 192 tipe karakter, tiap karakter dengan huruf 5x7 dot matrik. Kapasitas pembangkit RAM 8 tipe karakter (membaca program), maksimum pembacaan 80x8 bit tampilan data. Perintah utama LCD adalah Display Clear, Cursor Home, Display ON/OFF, Display Character Blink, Cursor Shift, dan Display Shift. Tabel 2.4 Operasi Dasar LCD Lapisan film yang berisis kristal cair diletakkan di antara dua lempeng kaca yang telah ditanami elektroda logam transparan. Saat tegangan dicatukan pada beberapa pasang elektroda, molekul molekul kristal cair akan menyusun diri agar cahaya yang mengenainya akan dipantulkan atau diserap. Dari hasil pemantulan atau penyerapan cahaya tersebut akan terbentuk pola huruf, angka, atau gambar sesuai bagian yang di aktifkan. LCD membutuhkan tegangan dan daya yang kecil sehingga sangat popular untuk aplikasi pada kalkulator, arloji digital, dan instrument elektronika lain seperti Global Positioning System (GPS), baragraph display dan multimeter digital. LCD umumnya dikemas dalam bentuk Dual In Line Package (DIP) dan

16 21 mempunyai kemampuan untuk menampilkan beberapa kolom dan baris dalam satu panel. Untuk membentuk pola, baik karakter maupun gambar pada kolom dan baris secara bersamaan digunakan metode Screening. Metode screening adalah mengaktifkan daerah perpotongan suatu kolo dan suatu baris secara bergantian dan cepat sehingga seolah-olah aktif semua. Penggunaan metode ini dimaksudkan untuk menghemat jalur yang digunakan untuk mengaktifkan panel LCD. Saat ini telah dikembangkan berbagai jenis LCD, mulai jenis LCD biasa, Passive Matrix LCD (PMLCD), hingga Thin-Film Transistor Active Matrix (TFT-AMLCD) Regulator 7805 Gambar 2.8 LM7805 Sirkuit terpadu seri 78xx adalah sebuah keluarga sirkuit terpadu regulator tegangan bernilai tetap. 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 digantikan dengan angka dua digit yang mengindikasikan tegangan keluaran yang didesain, contohnya 7805 mempunyai keluaran 5 volt dan 7812 keluaran 12 volt. 78xx adalah regulator

17 22 tegangan positif, yaitu regulator yang didesain untuk memberikan tegangan keluaran yang relatif positif terhadap ground bersama. IC 78xx mempunyai tiga terminal dan sering ditemui dengan kemasan TO220, walaupun begitu, kemasan pasang-permukaan D2PAK dan kemasan logam TO3 juga tersedia. Peranti ini biasanya mendukung tegangan masukan dari 3 volt di atas tegangan keluaran hingga kira-kira 36 volt, dan biasanya mempu pemberi arus listrik hingga 1.5 Ampere (kemasan yang lebih kecil atau lebih besar mungkin memberikan arus yang lebih kecil atau lebih besar). Seri 78xx memiliki beberapa keunggulan dibandingkan regulator tegangan lainnya: *Seri 78xx tidak memerlukan komponen tambahan untuk meregulasi tegangan, membuatnya mudah digunakan, ekonomis dan hemat ruang. Regulator tegangan lainnya mungkin memerlukan komponen tambahan untuk membantu peregulasian tegangan. Bahkan untuk regulator bersakelar, selain membutuhkan banyak komponen, juga membutuhkan perencanaan yang rumit. *Seri 78xx memiliki rangkaian pengaman terhadap pembebanan lebih, panas tinggi dan hubungsingkat, membuatnya hampir tak dapat dirusak. Dalam keadaan tertentu, kemampuan pembatasan arus peranti 78xx tidak hanya melindunginya sendiri, tetapi juga melindungi rangkaian yang ditopangnya. Seri 78xx memiliki beberapa kekurangan yang mungkin membuatnya kurang diinginkan untuk penggunaan tertentu: *Tegangan masukan harus lebih tinggi dari tegangan keluaran (biasanya 2-3 volt). Ini membuatnya tidak tepat digunakan untuk penggunaan tegangan rendah,

18 23 misalnya regulasi 5 volt dari sumber baterai 6 volt tidak akan bekerja dengan *Sebagaimana regulator linier lainnya, arus masukan sama dengan arus keluaran. Karena tegangan masukan lebih tinggi daripada tegangan keluaran, berarti ada daya yang diboroskan sebagai bahang. Sehingga untuk keperluan daya tinggi, diperlukan benaman bahang. Ada beberapa konfigurasi umum dari IC 78xx, yaitu versi 7805 (5 volt), 7806 (6 volt), 7808 (8 volt), 7809 (9 volt), 7810 (10 volt), 7812 (12 volt), 7815 (15 volt), 7818 (18 volt), dan 7824 (24 volt). Beberapa produsen juga memproduksi varian yang kurang umum seperti konfigurasi daya rendah seri LM78Mxx (500mA) dan seri LM78Lxx (100mA) dari National Semiconductor.