BAB II TEORI DASAR. atau mendekati dengan nilai yang diinginkan. Sehingga sistem pengendalian

Transkripsi

1 1 BAB II TEORI DASAR Pada bab ini akan dibahas secara singkat tentang sistem pengendalian dan beberapa komponen utama yang digunakan pada simulasi pengendalian suhu ruang penetas telur berbasis mikrokontroler. 2.1 Sistem Pengendalian Pengendalian adalah suatu proses untuk menjaga agar nilai keluaran tetap atau mendekati dengan nilai yang diinginkan. Sehingga sistem pengendalian berarti suatu sistem untuk mengendalikan nilai keluaran agar selalu sama atau sedekat mungkin dengan nilai yang diinginkan pada keadaan dan operasi bagaimanapun. Sistem pengendalian terdiri atas dua jenis, yaitu sistem pengendalian lingkar terbuka dan sistem pengendalian lingkar tertutup Sistem Pengendalian Lingkar Terbuka Pada gambar 2.1 di bawah adalah masukan pada proses akan diatur oleh pengendali yang kemudian akan diproses sehingga dapat dihasilkan suatu keluaran.

2 2 masukan Pengendali Proses keluaran Gambar 2.1. Diagram kotak sistem pengendalian lingkar terbuka Sistem pengendalian ini tidak memiliki umpan balik dari proses yang akan dibandingkan terhadap masukan pada sistem, sehingga sistem ini tidak mempunyai kemampuan untuk mengkoreksi sendiri terhadap hasil keluaran apabila terjadi penyimpangan terhadap nilai keluaran yang diinginkan Sistem Pengendalian Lingkar Tertutup Pada gambar 2.2 di bawah ini hasil keluaran diumpan balikkan untuk dibandingkan dengan masukan, perbandingan hasil keluaran terhadap masukan inilah yang akan diproses oleh pengendali untuk menentukan masukan proses sehingga keluaran dari sistem mendekati hasil yang diinginkan. masukan + - Pengendali proses keluaran Umpan Balik Gambar 2.2 Diagram kotak sistem pengendalian lingkar tertutup Sistem pengendalian lingkar tertutup adalah sistem pengendalian yang menggunakan umpan balik. Sebagai pengumpanbalik pada sistem pengendalian lingkar tertutup dapat digunakan sensor.

3 3 2.2 Sensor Suhu LM 35DZ Sensor mempunyai fungsi utama untuk merasakan atau mendeteksi suhu yang dihasilkan oleh suatu peralatan atau zat kemudian panas yang diterima akan dirubah menjadi basaran analog. LM35DZ merupakan sensor suhu presisi yang dikemas dalam bentuk IC yang mempunyai tegangan keluaran linier terhadap suhu yang diterimanya. LM35DZ VS GND Vout VS Vout GND Gambar 2.3 Bentuk fisik dan symbol rangkaian LM35DZ Catu daya yang dikenakan pada IC mempunyai batasan antara 4V hingga 30V. LM35DZ mempunyai jangkauan pengukuran suhu dari 0 C sampai 100 C. Faktor kenaikan tegangan 10 mv setiap 0 C, oleh karena teganan yang dihasilkan relatif kecil dan mempunyai impedansi output yang rendah, maka untuk beberapa aplikasi sering digunakan penguat tegangan untuk bisa berinteraksi dengan peralatan lainnya. Keuntungan dari LM35DZ yaitu tidak perlu kalibrasi eksternal untuk melengkapi keakuratannya.

4 4 2.3 Saklar Batas ( Limit Switch ) Saklar batas dirancang hanya untuk beroperasi apabila batas yang sudah ditentukan sebelumnya telah dicapai dan objek akan mengaktifkan kontak bila objek mengenai tuas dari saklar batas. Pada gambar 2.4, tuas belum mengalami pergerakan sehingga tidak menekan saklar yang berada dibawah tuas. Dengan demikian saklar batas belum dianggap bekerja, sehingga kontak bergerak mengenai kontak diam NC (Normally Closed). Sedangkan pada gambar 2.5, tuas telah mengalami pergerakan sehingga menekan saklar yang berada dibawah tuas. Dengan demikian saklar batas dianggap telah bekerja, sehingga kontak bergerak mengenai kontak diam NO (Normally Opened). Tuas NO NC NC NO (a) (b) Gambar 2.4 (a) Tuas saklar batas tidak menekan kontak bergerak, (b) Kontak bergerak mengenai kontak diam NC (Normally Closed) Tuas NO NC NC NO (a) (b) Gambar 2.5. (a) Tuas saklar menekan kontak bergerak, (b) Kontak bergerak mengenai kontak diam NO (Normally Opened)

5 5 2.4 Relay Relay adalah sebuah saklar elektromagnetik yang prinsip kerjanya menggunakan azas kumparan listrik. Sebuah kumparan (lilitan kawat tembaga) yang berintikan sebuah lempengan besi lunak yang apabila dialiri aliran listrik, maka lempengan besi lunak tersebut akan menjadi magnit. Magnit tersebut menarik/menolak pegas kontak sebuah alat penghubung dan akibatnya akan terjadi kontak dan lepas kontak dari alat penghubung tersebut. Bentuk fisik dan simbol dari relay adalah seperti pada gambar 2.6 Relay akan aktif apabila ada input tegangan yang cukup pada IC. Dibutuhkan dioda atau IC regulator proteksi untuk mencegah tegangan balik yang dapat merusak mikrokontroler. NC 6 A 12V DC NO (a) C1 C2 COM C1 C2 (b) NO COM NC Gambar 2.6. a. Bentuk Fisik Relay SPDT, b.simbol Relay SPDT 2.5 LCD (Liquid Crystal Display) Kunci operasi LCD adalah kristal cairan, atau fluida nematik (nematic fluid). Fluida nematik ini diletakkan diantara dua keping gelas. Suatu tegangan bolak-balik dipasang pada fluida nematik, dari segment bermetal sebelah atas kepada bidang belakang yang bermetal. Bila dipengaruhi oleh medan magnetik

6 6 dari tegangan bolak-balik, maka fluida nematik memancarkan cahaya yang berbeda dan ruas yang berenergi muncul warna hitam pada latar belakang perak. Rangkaian LCD yang digunakan ditunjukan pada gambar 2.7. G N V C V L C R/ DB DB DB DB DB DB DB DB D C D RS W E A K VCC 5 Volt Gambar 2.7. Antarmuka LCD Matriks 2 X Lampu Bohlam Komponen utama dari lampu bohlam / pijar adalah bola lampu yang terbuat dari kaca bening dan transparan, filamen yang terbuat dari wolfman (suatu unsur kimia), dasar lampu yang terdiri dari filamen, bola lampu, gas pengisi dan kaki lampu. Bagian-bagian dari lampu pijar adalah seperti di tunjukan pada gambar 2.8.

7 7 1. Bola lampu 2. Gas bertekanan rendah (argon, neon, nitrogen) 3. Filamen wolfram 4. Kawat penghubung ke kaki tengah 5. Kawat penghubung ke ulir 6. Kawat penyangga 7. Kaca penyangga 8. Kontak listrik di ulir 9. Sekrup ulir 10. Isolator 11. Kontak listrik di kaki tengah Gambar 2.8. Bagian-bagian dari lampu pijar / bohlam Efisiensi lampu kurang lebih 90 % daya yang di gunakan oleh lampu pijar dilepaskan sebagai radiasi panas dan hanya 10% yang di pancarkan dalam radiasi cahaya kasat mata. Pada tegangan 230 volt nilai keluaran 100 watt adalah 1380 lumen atau setara dengan 13,8 lumen per watt. 2.7 Motor DC Motor DC adalah suatu mesin listrik arus dc yang berfungsi mengubah tenaga listrik arus searah menjadi tenaga gerak atau tenaga mekanik.

8 Dasar-Dasar Motor DC Hukum tangan kanan Fleming menyatakan bilamana arus listrik yang mengalir dalam kawat arahnya menjauhi kita (maju), maka medan magnet yang terbentuk disekitar kawat arahnya searah dengan arah putaran jarum jam. Sebaliknya bilamana arus yang mengalir dalam kawat arahnya mendekati kita (mundur) maka medan-medan magnet yang terbentuk disekitar kawat arahnya berlawanan dengan arah putaran jarum jam. Dalam menentukan arah arus dan tegangan yang timbul pada penghantar setiap detik berlaku hukum tangan kanan fleming yaitu menggunakan kaidah tangan kanan. arah gerak (F) (F) arah medan (B) (B) arah tegangan dan arus (V, I) (V, I) Gambar 2.9 Hukum tangan kanan Fleming Pada gambar 2.9 di atas huruf F menunjukkan arah gerak atau perputaran penghantar, huruf B menunjukkan arah medan magnet dari kutub utara ke kutub selatan (arah kerapatan fluks), huruf V dan I menyatakan arah arus dan tegangan. Ketiga arah tersebut saling tegak lurus Prinsip Kerja Motor DC Pada gambar 2.10, 2.11 dan 2.12 di bawah didapat prinsip kerja motor DC adalah sebagai berikut, berdasarkan pada penghantar yang membawa arus

9 9 ditempatkan dalam suatu medan magnet, maka penghantar tersebut akan mengalami gaya. Gaya menimbulkan torsi yang akan menghasilkan rotasi mekanik, sehingga motor akan berputar. Jadi motor DC ini menerima sumber arus listrik kemudian diubah menjadi tenaga mekanik berupa perputaran yang nantinya digunakan oleh peralatan lain. Arah dari garis-garis gaya (fluks) medan magnet yang dihasilkan oleh kutub, arah arus yang mengalir pada penghantar dan arah dari gaya, saling tegak lurus. Menurut hukum Fleming gaya yang dihasilkan oleh arus yang mengalir pada penghantar yang ditempatkan dalam suatu medan magnet tergantung dari kekuatan dari medan magnet, harga dari arus melalui penghantar dan panjang kawat yang membawa arus. Gambar 2.10 Garis-garis gaya medan yang dihasilkan oleh kutub. Gambar 2.11 Penghantar yang dialiri arus maka pada penghantar timbul medan magnet (garis-garis gaya fluks).

10 10 Gambar 2.12 Interaksi kedua medan magnet menghasilkan gaya yang akan memutar jangkar. 2.8 Mikrokontroler AVR ATMega 8535 Mikrokontroler merupakan keseluruhan sistem komputer yang dikemas menjadi sebuah chip dimana di dalamnya sudah terdapat Mikroprosesor, I/O, Memori bahkan ADC, berbeda dengan Mikroprosesor yang berfungsi sebagai pemroses data. Mikrokontroller AVR (Alf and Vegard s Risc processor) memiliki arsitektur 8 bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 siklus clock atau dikenal dengan teknologi RISC (Reduced Instruction Set Computing). Secara umum, AVR dapat dikelompokan ke dalam 4 kelas, yaitu keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing adalah kapasitas memori, peripheral dan fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan, mereka bisa dikatakan hampir sama. Bentuk Mikrokontroler ATMega 8535 seperti di tunjukan pada gambar 2.13.

11 11 Gambar 2.13 Mikrokontroler ATMega Arsitektur AVR ATMega 8535 AVR merupakan seri mikrokontroler CMOS 8-bit buatan Atmel, berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer). Hampir semua instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR mempunyai 32 register general-purpose, timer / counter fleksibel dengan mode compare, interupt internal dan eksternal, serial UART, programmable Watchdog Timer, dan mode power saving. Beberapa diantaranya mempunyai ADC dan PWM internal. AVR juga mempunyai In- System Programmable Flash on-chip yang mengijinkan memori program untuk diprogram ulang dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI. Chip AVR yang digunakan untuk tugas akhir ini adalah ATMega Blok diagram dari mikrokontroler dapat dilihat pada gambar 2.14.

12 12 Gambar 2.14 Blok Diagram Mikrokontroller ATMega Pin - Pin ATMega 8535 Konfigurasi Pin Mikrokontroller ATMega 8535 dengan kemasan 40-pin DIP (dual in-line package) dapat dilihat pada Gambar 2.15.

13 13 Gambar 2.15 Konfigurasi Pin Mikrokontroler ATMega 8535 VCC ( power supply ) GND ( Ground ) Port A ( PA7..PA0 ) Port A berfungsi sebagai input analog pada A/D Konverter. Port A juga berfungsi sebagai suatu Port I/O 8-bit dua arah, jika A / D konverter tidak digunakan. Pin - pin Port dapat menyediakan resistor internal pull-up (yang dipilih untuk masing-masing bit). Port A output buffer mempunyai karakteristik gerakan simetris dengan keduanya sink tinggi dan kemampuan sumber. Ketika pin PA0 ke PA7 digunakan sebagai input dan secara eksternal ditarik rendah, pin pin akan memungkinkan arus sumber jika resistor internal pull-up diaktifkan. Pin Port A adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif, sekalipun waktu habis.

14 14 Port B ( PB7..PB0 ) Port B adalah suatu Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor internal pull-up (yang dipilih untuk beberapa bit). Port B output buffer mempunyai karakteristik gerakan simetris dengan keduanya sink tinggi dan kemampuan sumber. Sebagai input, pin port B yang secara eksternal ditarik rendah akan arus sumber jika resistor pull-up diaktifkan. Pin Port B adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif, sekalipun waktu habis. Port C ( PC7..PC0 ) Port C adalah suatu Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor internal pull-up (yang dipilih untuk beberapa bit). Port C output buffer mempunyai karakteristik gerakan simetris dengan keduanya sink tinggi dan kemampuan sumber. Sebagai input, pin port C yang secara eksternal ditarik rendah akan arus sumber jika resistor pull-up diaktifkan. Pin Port C adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif, sekalipun waktu habis. Port D ( PD7..PD0 ) Port D adalah suatu Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor internal pull-up (yang dipilih untuk beberapa bit). Port D output buffer mempunyai karakteristik gerakan simetris dengan keduanya sink tinggi dan kemampuan sumber. Sebagai input, pin port D yang secara eksternal ditarik rendah akan arus sumber jika resistor pull-up diaktifkan. Pin Port D adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif, sekalipun waktu habis.

15 15 RESET ( Reset input ) XTAL1 ( Input Oscillator ) XTAL2 (Output Oscillator) AVCC adalah pin penyedia tegangan untuk port A dan A / D Konverter AREF adalah pin referensi analog untuk A/D konverter 2.9 CodeVision AVR CodeVisionAVR merupakan software C-cross compiler, dimana program dapat ditulis menggunakan bahasa-c. Dengan menggunakan pemrograman bahasa-c diharapkan waktu disain (developing time) akan menjadi lebih singkat. Setelah program dalam bahasa-c ditulis dan dilakukan kompilasi tidak terdapat kesalahan (error) maka proses download dapat dilakukan. Mikrokontroler AVR mendukung sistem download secara ISP (In-System Programming). Tampilan utama code vision ditunjukan pada gambar Gambar 2.16 Tampilan CodeVision AVR

16 16 Untuk memulai bekerja dengan CodeVisionAVR pilih pada menu File -> New. Maka akan muncul kotak dialog sebagai berikut : Gambar 2.17 Tampilan new file Pilih Project kemudian tekan OK, maka akan muncul kotak dialog berikut: Gambar 2.18 Tampilan Option di Wizard AVR Pilih Yes untuk menggunakan CodeWizardAVR. CodeWizardAVR digunakan untuk membantu dalam men-generate program, terutama dalam konfigurasi chip mikrokontroler, baik itu konfigurasi Port, Timer, penggunaan fasilitas-fasilitas seperti LCD, interrupt, dan sebagainya. CodeWizardAVR ini sangat membantu programmer untuk setting chip sesuai keinginan. Tampilan CodeWizardAVR untuk setting Chip dan Port dari mikrokontroler ditunjukan pada gambar 2.19.

17 17 Gambar 2.19 Tampilan Option IC Port Gambar 2.20 Tampilan Port C AVR Untuk selanjutnya fasilitas-fasilitas lainnya dapat disetting sesuai kebutuhan dari pemrograman. Setelah selesai dengan CodeWizardAVR,

18 18 selanjutnya pada menu File, pilih Generate, Save and Exit dan simpan pada direktori yang diinginkan. Gambar 2.21 Tampilan Save General Project Setelah memilih pilih Generate, Save and Exit dan menyimpan pada direktori yang diinginkan, maka akan tampil lissting project dari program yang disetting pada code wizard AVR. Listing project yang kemudian bisa langsung di-edit dan digunakan sebagai program ditunjukan pada Gambar Gambar 2.22 Tampilan Project AVR

19 Sekilas Tentang Delphi 7.0 Delphi berasal dari bahasa pemrograman pascal Antony Pranata (2001, 1-2). Bahasa pascal sendiri telah diciptakan pada tahun 1971 oleh ilmuwan dari Swiss, yaitu Niklaus Wirth. Nama pascal diambil dari ahli matematika dan filsafat dari Perancis, yaitu Blaise Pascal ( ). Sejak saat itu, muncul beberapa versi pascal yaitu diantaranya Turbo Pascal yang dirilis oleh Borland International Incorporation pada tahun Turbo Pascal ini memiliki sedikit perbedaan dengan pascal standar, antara lain dalam hal penambahan beberapa prosedure, pengolahan string, fungsi, dan yang lainnya. Turbo pascal yang muncul pertama kali hanya dapat dijalankan disistem operasi DOS (Disk Operating System). Namun dalam perkembangannya Borland International Incorporation juga merilis Turbo pascal yang berjalan di Windows 3.X, yaitu Turbo Pascal For Windows. Pada tahun 1992, Borland International Incorporation menggabungkan turbo Pascal For Dos dan Turbo Pascal For Windows menjadi satu paket bahasa pemrograman yang dikenal dengan nama Borland Pascal versi.7.0. Karena pemrograman Windows dengan Borland Pascal masih dirasa cukup sulit, sejak tahun 1993 Borland International Incorporation mengembangkan bahasa pascal yang bersifat visual, hasil dari pengembangan ini adalah dirilisnya Delphi 1 tahun Pada tahun 1996, Borland International Incorporation merilis delphi 2 yang sudah bersifat 32 bit. Dengan kata lain delphi 2 hanya bisa dijalankan pada Windows 95 dan Windows NT. Pada tahun 1997, 1998, 1999, Borland International

20 20 Incorporation yang berganti nama menjadi Inprise Corporation berturut-turut kembali merilis menyempurnakan delphi yaitu versi. 3, versi. 4, versi. 5, sampai sekarang 2005 Borland International telah merilis delphi 8. Mengenal IDE Delphi Pada dasarnya IDE milik delphi dibagi menjadi enam bagian utama, Antony Pranata (2001, 2) yaitu menu, speed bar, component palette, form designer, code editor, dan objek inspector, dan objek treeview. Lihat gambar 2.23 untuk lebih jelasnya. Gambar 2.23 IDE Borland Delphi 7.0 Menu Menu pada delphi memiliki kegunaan seperti menu pada aplikasi windows lainnya. Dari menu ini, kita bisa memanggil atau menyimpan program,

21 21 menjalankan dan melacak bug program, dan sebagainya. Singkatnya segala sesuatu yang berhubungan dengan IDE delphi, dapat anda lakukan dari menu. Gambar 2.24 Main Menu Speed Bar Speed bar atau sering juga disebut toolbar berisi kumpulan tombol yang tidak lain adalah pengganti beberapa item menu yang sering digunakan. Dengan kata lain, setiap tombol pada speed bar menggantikan salah satu item menu. Sebagai contoh, tombol kiri atas adalah pengganti menu File New, tombol disebelah kanannya adalah pengganti menu File Open, dan seterusnya. Gambar 2.25 Speed Bar pada IDE Delphi Component Palette Component palette berisi kumpulan ikon yang melambangkan komponenkomponen pada VCL (Visual Component Library). VCL adalah pustaka komponen milik delphi [APT005], yang dapat digunakan untuk membangun sebuah aplikasi. Pada Component Palette, terdapat beberapa tab, yaitu Standard, Additionals, Data Access, dan sebagainya. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar 2.26.

22 22 Gambar Component Palette Form Designer Sesuai dengan namanya, form designer merupakan tempat dimana kita merancang jendela dari aplikasi windows kita. Perancangan form dilakukan dengan meletakkan komponen-komponen yang diambil dari Component Palette. Gambar Form Designer Code Editor Code editor adalah tempat dimana kita menuliskan program [APT005]. Disini kita dapat meletakkan pernyataan-pernyataan dalam bahasa object pascal. Pemrogram borland Pascal pasti tidak asing lagi dengan code editor karena sangat serupa dengan editor milik Borland Pascal. Yang perlu kita perhatikan pada code inspector adalah kita tidak perlu menulis seluruh kode sumber. Delphi telah menuliskan semacam kerangka untuk anda. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar 2.28.

23 23 Gambar 2.28 Code Editor pada IDE Delphi Object Inspector Object Inspector digunakan untuk mengubah karakteristik sebuah komponen. Pada object inspector, ada 2 buah tab yaitu properties dan event. Anda dapat mengaktifkan salah satu tab ini dengan mengklik teks properties atau events (lihat gambar 2.29). a) Properties b) Events (kejadian) Gambar 2.29 Object Inspector pada IDE Delphi

24 24 Pada tab properties kita dapat mengubah properti dari komponen kita. Secara mudah, properti dapat dijelaskan sebagai data yang menentukan karakteristik komponen. Sebagai contoh pada gambar 2.17 a) kita lihat propertiproperti milik sebuah form, seperti Active Control, Auto Scrool, Auto Size, Border Icons, Border Style dan lain-lain. Pada tab events, kita dapat menyisipkan kode untuk menangani kejadian tertentu. Kejadian bisa dibangkitkan karena beberapa hal, pengklikan mouse, penekanan tombol keyboard, penutupan jendela, dan sebagainya. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar 2.17 b). Pada gambar ini kita bisa melihat beberapa kejadian, seperti onactive, onclick, onclose, dan sebagainya Microsoft Access 2007 Microsoft Access 2007 adalah sistem manajemen database yang canggih yang bisa kita gunakan untuk secara efisien menampilkan dan mengelola database. Selain itu dengan menggunakan Microsoft Access kita dapat membuat sebuah aplikasi database dalam waktu yang relatif singkat. Biasanya digunakan untuk pembuatan aplikasi-aplikasi yang kecil. Misalnya Program untuk Kasir di koperasi, penjualan untuk toko. Biasanya Microsoft Access juga akan terinstall jika Anda menginstall Microsoft Office dengan pilihan Typical.

25 25 Gambar 2.30 Tampilan Microsoft Access Komponen Microsoft Access 2003 Didalam aplikasi database Microsoft Access terdapat beberapa komponen, yaitu : 1. Table digunakan untuk menyimpan data. 2. Query digunakan untuk memanipulasi data. 3. Form digunakan untuk frontend aplikasi. Biasanya untuk menampilkan data, menambah data dan lain-lain. 4. Report digunakan untuk membuat laporan. 5. Macro digunakan untuk melakukan satu atau beberapa fungsi.