BAB II LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Arduino Aduino merupakan pengendali mikro single board yang bersifat open source, diturunkan dari Wiring platform dan dirancang untuk memudahkan penggunaan elektronik dalam berbagai bidang. Hardwarenya memiliki prosesor Atmel AVR dan softwarenya memiliki bahasa pemrograman sendiri.saat ini Arduino sangat populer di seluruh dunia.banyak pemula yang belajar mengenal robotika dan elektronika lewat Arduino karena mudah dipelajari. Tapi tidak hanya pemula, para penghobi atau profesional pun ikut senang mengembangkan aplikasi elektronik menggunakan Arduino. Bahasa yang dipakai dalam Arduino bukan assembler yang relatif sulit, tetapi bahasa C yang disederhanakan dengan bantuan pustakapustaka (libraries) Arduino.[5] Gambar 2.1 : Arduino [1] Arduino Uno adalah board mikrokontroler berbasis ATmega328 (datasheet). Memiliki 14 pin input dari output digital dimana 6 pin input tersebut dapat digunakan sebagai output PWM dan 6 pin input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack power, ICSP header, dan tombol reset. [1] Sangat mudah untuk digunakan dari pada mikrokontroler lain. 5

2 6 Arduino juga menyederhanakan proses bekerja dengan mikrokontroler, sekaligus menawarkan berbagai macam kelebihan antara lain: 1. Papan atau board Arduino biasanya dijual relatif murah jika dibandingkan dengan platform mikrokontroler pro lainnya. 2. Perlu diketahui bahwa lingkungan pemrograman di Arduino mudah digunakan untuk pemula, dan cukup fleksibel bagi mereka yang sudah tingkat lanjut. 3. Perangkat lunak Arduino IDE dipublikasikan sebagai Open Source, tersedia bagi para pemrogram berpengalaman untuk pengembangan lebih lanjut. Bahasanya bisa dikembangkan lebih lanjut melalui pustakapustaka C++ yang berbasis pada Bahasa C untuk AVR.Selain itu perangkat keras Arduino berbasis mikrokontroler ATMEGA8, ATMEGA168, ATMEGA328 dan ATMEGA1280 (yang terbaru ATMEGA2560). Dengan demikian siapa saja bisa membuatnya (dan kemudian bisa menjualnya) perangkat keras Arduino ini, apalagi bootloader tersedia langsung dari perangkat lunak Arduino IDE-nya. Bisa juga menggunakan breadoard untuk membuat perangkat Arduino beserta periferal-periferal lain yang dibutuhkan. 4. Tidak perlu perangkat chip programmer karena didalamnya sudah ada bootloadder yang akan menangani upload program dari komputer. 5. Sudah memiliki sarana komunikasi USB, Sehingga pengguna laptop yang tidak memiliki port serial/rs323 bisa menggunakannya. 6. Memiliki modul siap pakai ( Shield ) yang bisa ditancapkan pada board arduino. Contohnya shield GPS, Ethernet,dll. 2.2 RFID RFID adalah proses identifikasi seseorang atau objek dengan menggunakan frekuensi transmisi radio. RFID menggunakan frekuensi radio untuk membaca informasi dari sebuah device kecil yang disebut tag atau transponder (Transmitter + Responder). Tag RFID akan mengenali diri sendiri ketika mendeteksi sinyal dari device yang kompatibel, yaitu pembaca RFID (RFID Reader).[2]

3 7 RFID adalah teknologi identifikasi yang fleksibel, mudah digunakan, dan sangat cocok untuk operasi otomatis. RFID mengkombinasikan keunggulan yang tidak tersedia pada teknologi identifikasi yang lain. RFID dapat disediakan dalam device yang hanya dapat dibaca saja (Read Only) atau dapat dibaca dan ditulis (Read/Write), tidak memerlukan kontak langsung maupun jalur cahaya untuk dapat beroperasi, dapat berfungsi pada berbagai variasi kondisi lingkungan, dan menyediakan tingkat integritas data yang tinggi. Sebagai tambahan, karena teknologi ini sulit untuk dipalsukan, maka RFID dapat menyediakan tingkat keamanan yang tinggi.[6] Gambar 2.2 : RFID Pada sistem RFID umumnya, tag atau transponder ditempelkan pada suatu objek. Setiap tag membawa dapat membawa informasi yang unik, di antaranya: serial number, model, warna, tempat perakitan, dan data lain dari objek tersebut. Ketika tag ini melalui medan yang dihasilkan oleh pembaca RFID yang kompatibel, tag akan mentransmisikan informasi yang ada pada tag kepada pembaca RFID, sehingga proses identifikasi objek dapat dilakukan. Sistem RFID terdiri dari empat komponen, di antaranya seperti dapat dilihat pada gambar berikut :

4 8 Gambar 2.3 : Komponen RFID 1. Tag: adalah device yang menyimpan informasi untuk identifikasi objek.tag RFID sering juga disebut sebagai transponder. 2. Antena: untuk mentransmisikan sinyal frekuensi radio antara pembaca RFID dengan tag RFID. Pembaca RFID: adalah device yang kompatibel dengan tag RFID yang akan berkomunikasi secara wireless dengan tag. 3. Mikrokontroler: adalah sistem yang dapat membaca data dari tag melalui pembaca RFID. Baik tag dan pembaca RFID diperlengkapi dengan antena sehingga dapat menerima dan memancarkan gelombang elektromagnetik. Sebuah pembaca RFID harus menyelesaikan dua buah tugas, yaitu: Menerima perintah dari mikrokontroler Berkomunikasi dengan tag RFID Pembaca RFID adalah merupakan penghubung antara mikrokontroler dengan antena yang akan meradiasikan gelombang radio ke tag RFID. Gelombang radio yang diemisikan oleh antena berpropagasi pada ruangan di sekitarnya. Akibatnya data dapat berpindah secara wireless ke tag RFID yang berada berdekatan dengan antena. Tag RFID adalah device yang dibuat dari rangkaian elektronika dan antena yang terintegrasi di dalam rangkaian tersebut. Rangkaian elektronik dari tag RFID umumnya memiliki memori sehingga tag ini mempunyai kemampuan untuk menyimpan data. Memori pada tag secara dibagi menjadi sel-sel. Beberapa sel menyimpan data Read Only, misalnya serial number yang unik yang disimpan pada saat tag tersebut diproduksi. Sel lain pada RFID mungkin juga dapat ditulis dan dibaca secara berulang. Berdasarkan catu daya tag, tag RFID dapat digolongkan menjadi:

5 9 Tag Aktif : yaitu tag yang catu dayanya diperoleh dari batere, sehingga akan mengurangi daya yang diperlukan oleh pembaca RFID dan tag dapat mengirimkan informasi dalam jarak yang lebih jauh. Kelemahan dari tipe tag ini adalah harganya yang mahal dan ukurannya yang lebih besar karena lebih komplek. Semakin banyak fungsi yang dapat dilakukan oleh tag RFID maka rangkaiannya akan semakin komplek dan ukurannya akan semakin besar.[3] Tag Pasif: yaitu tag yang catu dayanya diperoleh dari medan yang dihasilkan oleh pembaca RFID. Rangkaiannya lebih sederhana, harganya jauh lebih murah, ukurannya kecil, dan lebih ringan. Kelemahannya adalah tag hanya dapat mengirimkan informasi dalam jarak yang dekat dan pembaca RFID harus menyediakan daya tambahan untuk tag RFID.[3] Tag RFID telah sering dipertimbangkan untuk digunakan sebagai barcode pada masa yang akan datang. Pembacaan informasi pada tag RFID tidak memerlukan kontak sama sekali. Karena kemampuan rangkaian terintegrasi yang modern, maka tag RFID dapat menyimpan jauh lebih banyak informasi dibandingkan dengan barcode. Fitur pembacaan jamak pada teknologi RFID sering disebut sebagai anti collision. Karakteristik dan kinerja RFID tags dapat dilihat dari table 2.1 berikut ini :. Tabel 2.1 Tabel karakteristik dan kinerja RFID tags [3] Tipe RFID tag Tag aktiv Tag semi- aktiv Tag pasiv Frekuensi 433MHz MHz MHz Tingkat baca tag/detik Jarak baca m 100 m 10 m Kapasitas penyimpanan +60 kb +60 kb +100 B Jangka waktu baterai 3-5 years 3-5 years -

6 Motor Servo Pada perancangan tugas akhir ini saya menggunakan motor servo untuk membuka jalur beras untuk keluar dari penampungan beras. Gambar 2.4 : Motor servo Motor servo adalah sebuah perangkat atau aktuator putar (motor) yang dirancang dengan sistem kontrol umpan balik loop tertutup (servo), sehingga dapat di set-up atau di atur untuk menentukan dan memastikan posisi sudut dari poros output motor. motor servo merupakan perangkat yang terdiri dari motor DC, serangkaian gear, rangkaian kontrol dan potensiometer. Serangkaian gear yang melekat pada poros motor DC akan memperlambat putaran poros dan meningkatkan torsi motor servo, sedangkan potensiometer dengan perubahan resistansinya saat motor berputar berfungsi sebagai penentu batas posisi putaran poros motor servo.[4] Penggunaan sistem kontrol loop tertutup pada motor servo berguna untuk mengontrol gerakan dan posisi akhir dari poros motor servo. Penjelasan sederhananya begini, posisi poros output akan di sensor untuk mengetahui posisi poros sudah tepat seperti yang di inginkan atau belum, dan jika belum, maka kontrol input akan mengirim sinyal kendali untuk membuat posisi poros tersebut tepat pada posisi yang diinginkan Gambar 2.5 : Komponen motor servo

7 11 Motor servo dibedakan menurut rotasinya, umumnya terdapat dua jenis motor servo yang dan terdapat di pasaran, yaitu motor servo rotation 180⁰ dan servo rotation continuous. 1. Motor servo standard (servo rotation 180⁰) adalah jenis yang paling umum dari motor servo, dimana putaran poros outputnya terbatas hanya 90⁰ kearah kanan dan 90⁰ kearah kiri. Dengan kata lain total putarannya hanya setengah lingkaran atau 180⁰. 2. Motor servo rotation continuous merupakan jenis motor servo yang sebenarnya sama dengan jenis servo standard, hanya saja perputaran porosnya tanpa batasan atau dengan kata lain dapat berputar terus, baik ke arah kanan maupun kiri. Motor servo dikendalikan dengan memberikan sinyal modulasi lebar pulsa (Pulse Wide Modulation / PWM) melalui kabel kontrol. Lebar pulsa sinyal kontrol yang diberikan akan menentukan posisi sudut putaran dari poros motor servo. Sebagai contoh, lebar pulsa dengan waktu 1,5 ms (mili detik) akan memutar poros motor servo ke posisi sudut 90⁰. Bila pulsa lebih pendek dari 1,5 ms maka akan berputar ke arah posisi 0⁰ atau ke kiri (berlawanan dengan arah jarum jam), sedangkan bila pulsa yang diberikan lebih lama dari 1,5 ms maka poros motor servo akan berputar ke arah posisi 180⁰ atau ke kanan (searah jarum jam). Lebih jelasnya perhatikan gambar dibawah ini. Gambar 2.6 : Sistem poros motor servo[7]

8 12 Ketika lebar pulsa kendali telah diberikan, maka poros motor servo akan bergerak atau berputar ke posisi yang telah diperintahkan, dan berhenti pada posisi tersebut dan akan tetap bertahan pada posisi tersebut. Jika ada kekuatan eksternal yang mencoba memutar atau mengubah posisi tersebut, maka motor servo akan mencoba menahan atau melawan dengan besarnya kekuatan torsi yang dimilikinya (rating torsi servo). Namun motor servo tidak akan mempertahankan posisinya untuk selamanya, sinyal lebar pulsa kendali harus diulang setiap 20 ms (mili detik) untuk menginstruksikan agar posisi poros motor servo tetap bertahan pada posisinya 2.4 Sensor Berat Load Cell Pada perancangan tugas akhir ini saya menggunakan Sensor berat Load cell untuk mendeteksi banyak beras yang tersisa dan di keluarkan. Gambar 2.7 : Sensor berat load cell[8] Load cell adalah alat yang mengeluarkan signal listrik proporsional dengan gaya / beban yang diterimanya. Load cell banyak digunakan pada timbangan elektronik. Load cell dapat mendeteksi berat benda dengan cara digantung di salah satu lubang, lalu lubang yang satunya lagi digantung di pengait. 2.5 Driver Load cell HX Bit Analog-to-Digital Converter (ADC) for Weigh Scaleshx711 adalah sebuah komponen terintegrasi dari perusahaan "AVIA SEMICONDUCTOR" HX711 presisi 24-bit analog-to-digital converter (ADC) yang di desain untuk sensor timbangan digital (weight scales) dan industrial control aplikasi yang terkoneksi dengan sensor jembatan (bridge sensor).

9 13 Gambar 2.8 : IC HX711 HX711 adalah modul timbangan, yang memiliki prinsip kerja mengkonversi perubahan yang terukur dalam perubahan resistansi dan mengkonversinya ke dalam besaran tegangan melalui rangkaian yang ada. Modul melakukan komunikasi dengan computer / mikrokontroller melalui TTL Kelebihan HX711 Struktur yang sederhana, mudah dalam penggunaan, hasil yang stabil dan reliable, memiliki sensitivitas tinggi, dan mampu mengukur perubahan dengan cepat Aplikasi HX711 Digunakan pada bidang aerospace, mekanik, elektrik, kimia, konstruksi, farmasi dan lainnya, digunakan untuk mengukur gaya, gaya tekanan, perpindahan, gaya tarikan, torsi, dan percepatan Fitur Load Cell Load cell memiliki beberapa fitur, yaitu : 1. Differential input voltage: ±40mV( Full-scale differential input voltage is ± 40mV ) 2. Data accuracy: 24 bit (24 bit A / D converter chip.) 3. Refresh frequency: 80 Hz 4. Operating Voltage : 5V DC 5. Operating current : - 10 ma 6. Size : 38mm*21mm*10mm

10 Prinsip Kerja Load Cell Prinsip kerja load cell ketika mendapat tekanan beban ditunjukkan pada gambar 2.9 berikut ini : Gambar 2.9 : Prinsip Kerja Load Cell [9] Ketika bagian lain yang lebih elastic mendapat tekanan, maka pada sisi lain akan mengalami perubahan regangan yang sesuai dengan yang dihasilkan oleh straingauge, hal ini terjadi karena ada gaya yang seakan melawan pada sisi lainnya. Perubahan nilai resistansi yang diakibatkan oleh perubahan gaya diubah menjadi nilai tegangan oleh rangkaian pengukuran yang ada. Dan berat dari objek yang diukur dapat diketahui dengan mengukur besarnya nilai tegangan yang timbul. 2.6 Display LCD LCD adalah sebuah display dot matrix yang difungsikan untuk menampilkan tulisan berupa angka atau huruf sesuai dengan yang diinginkan (sesuai dengan program yang digunakan untuk mengontrolnya). LCD character memiliki banyak jenis dilihat dari jumlah bitnya. LCD character yang digunakan pada tugas akhir ini adalah LCD dot matrix dengan karakter 16x2, dan memiliki kaki/pin berjumlah 16. LCD sebagaimana output yang dapat menampilkan tulisan sehingga lebih mudah dimengerti, dibanding jika menggunakan LED saja. LCD character digunakan untuk menampilkan tulisan atau karakter saja.

11 15 Gambar 2.10 : Modul LCD Character 16x2 Display LCD adalah sebuah Display yang terdiri atas 2 bagian utama yaitu : 1 Panel LCD sebagai media penampil informasi dalam bentuk huruf / angka dalam 2 baris yang mana masing masing baris dapat menampung 16 huruf / angka. 2. Sebuah system yang dibentuk dengan Mikrokontroller yang ditempelkan dibalik panel LCD yang berfungsi mengatur tampilan informasi serta berfungsi mengatur komunikasi antara Panel LCD dengan Mikrokontroller yang akan menggunakan Panel LCD tersebut untuk menampilkan informasi yang diinginkan. Display LCD terdapat 16 Pin kaki yang terbagi atas : o Pin Power yaitu VCC & Ground. o Pin Data input output yaitu Data 0 Data 7. o Pin fungsi yaitu V0, RS, R/W & E. o Pin Backlight yaitu Anoda & Katoda LED. Datasheet table fungsi pin kaki display LCD bisa di lihat pada tabel 2.2 berikut ini :

12 16 Tabel 2.2 : Data sheet pin kaki LCD Pin Vss harus mendapat Ground. Pin Vdd harus mendapat + 5 Volt. Pin V0 digunakan sebagai pengatur kontras layar LCD. Pin RS digunakan sebagai indicator yang diberikan pada LCD supaya LCD dapat mengetahui bahwa data yang kita berikan itu berupa instruksi atau data karakter. Pin R/W digunakan sebagai indicator bahwa kita ingin memberikan data ke LCD atau ingin mengambil data dari LCD. Pin E harus diberikan pulsa setiap kali kita memberikan data ke LCD. Pin DB 0 DB 7 digunakan untuk memasukkan data ke LCD. Pin K harus diberikan Ground supaya lampu backlight dapat menyala. Pin A harus diberikan + 5 Volt supaya lampu backlight dapat menyala. 2.7 Buzzer Buzzer adalah sebuah komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah getaran listrik menjadi getaran suara. Pada dasarnya prinsip kerja buzzer hampir sama dengan loud speaker, jadi buzzer juga terdiri dari kumparan yang terpasang pada diafragma dan kemudian kumparan tersebut dialiri arus sehingga menjadi elektromagnet, kumparan tadi akan tertarik ke dalam atau keluar,

13 17 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). Gambar 2.11: Buzzer