BAB 2 LANDASAN TEORI. sensor hall effect. Saat air mengalir melewati rotor, rotor akan berputar.

Transkripsi

1 BAB 2 LANDASAN TEORI 2.1. Water Flow Sensor YF-S201 Sensor aliran air ini terbuat dari plastik dimana didalamnya terdapat rotor dan sensor hall effect. Saat air mengalir melewati rotor, rotor akan berputar. Kecepatan putaran ini akan sesuai dengan besarnya aliran air. Sensor berbasis hall effect ini dapat digunakan untuk mendeteksi aliran air hingga 30 liter/menit (1.800 L/hour), dapat digunakan dalam pengendalian aliran air pada sistem distribusi air, sistem pendinginan berbasis air, dan aplikasi lainnya yang membutuhkan pengecekan terhadap debit air yang dialirkan. Gambar 2.1.Water Flow Sensor YF-S Spesifikasi Sensor Flow a. Debit air yang dapat diukur: 1-30 Ltr / menit b. Maksimum tekanan air: 2 MPa

2 c. Tekanan hidrostatik / Hydrostatic Pressure: 1,75 MPa d. Catu daya antara 4,5 Volt hingga 18 Volt DC e. Arus: 15 ma (pada Vcc = 5V) f. Kapasitas beban: kurang dari 10 ma (pada Vcc = 5V) g. Maksimum suhu air (water temperature usage): 80 C h. Rentang Kelembaban saat beroperasi: 35% - 90% RH (no frost) i. Duty Cycle: 50%±10% j. Periode signal (output rise / fall time): 0.04µs / 0.18µs k. Diameter penampang sambungan: 0,5 inch (1,25 cm) l. Amplitudo: Low 0,5V, High 4,6 Volt m. Kekuatan elektrik (electric strength): 1250 V / menit n. Hambatan insulasi: 100 MΩ o. Material: PVC Prinsip kerja sensor ini adalah dengan memanfaatkan fenomena Efek Hall. Efek Hall ini didasarkan pada efek medan magnetik terhadap partikel bermuatan yang bergerak. Ketika ada arus listrik yang mengalir pada divais Efek Hall yang ditempatkan dalam medan magnet yang arahnya tegak lurus arus listrik, pergerakan pembawa muatan akan berbelok ke salah satu sisi dan menghasilkan medan listrik. Medan listrik terus membesar hingga gaya Lorentz yang bekerja pada partikel menjadi nol. Perbedaan potensial antara kedua sisi divais tersebut disebut potensial Hall. Potensial Hall ini sebanding dengan medan magnet dan arus listrik yang melalui divais.

3 2.2. Mikrokontroler ATMega8535 Mikrokontroler, sebagai suatu terobosan teknologi mikrokontoler dan mikrokomputer, hadir memenuhi kebutuhan pasar (market need) dan teknologi baru. Sebagai teknologi baru, yaitu teknologi semikonduktor dengan kandungan transistor yang lebih banyak namun hanya membutuhkan ruang kecil serta dapat diproduksi secara massal (dalam jumlah banyak) sehingga harga menjadi lebih murah (dibandingkan mikroprosesor). Sebagai kebetuhan pasar, mikrokontroler hadir untuk memenuhi selera industri dan para konsumen akan kebutuhan dan keinginan alat-alat bantu dan mainan yang lebih canggih. Ilustrasi yang mungkin bisa memberikan gambaran yang jelas dalam penggunaan mikrokontroler adalah aplikasi mesin tiket dalam arena permainan yang saat ini terkenal di Indonesia. Jika kita sudah selesai bermain, maka akan diberikan suatu nilai, nilai inilah yang menentukan berapa jumlah tiket yang bisa diperoleh dan jika dikumpulkan dapat ditukar dengan berbagai macam hadiah. Sistem tiket ini ditangani dengan mikrokontroler, karena tidak mungkin menggunakan komputer PC yang harus dipasang disamping (atau di belakang) mesin permainan yang bersangkutan. Selain sistem tiket, kita juga dapat menjumpai aplikasi mikrokontroler dalam bidang pengukuran jarak jauh atau yang dikenal dengan sistem telemetri. Misalnya pengukuran disuatu tempat yang membahayakan manusia, maka akan lebih nyaman jika dipasang suatu sistem pengukuran yang bisa mengirimkan data lewat pemancar dan diterima oleh stasiun pengamatan dari jarak yang cukup aman dari sumbernya. Sistem pengukuran jarak jauh ini jelas membutuhkan suatu sistem akusisi data sekaligus sistem pengiriman data secara serial (melalui

4 pemancar), yang semuanya itu bisa diperoleh dari mikrokontroler yang digunakan. Tidak seperti sistem komputer, yang mampu menangani berbagai macam program aplikasi (misalnya pengolah kata, pengolah angka dan lain sebagainya), mikrokontroler hanya bisa digunakan untuk satu aplikasi tertentu saja.perbedaan lainnya terletak pada perbandingan RAM dan ROM-nya. Pada sistem computer 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 control disimpan dalam ROM (bisa Masked ROM atau Flash PEROM) yang ukurannya relatif lebih besar, sedangkan RAM digunakan sebagai tempat penyimpanan sementara, termasuk register-register yang digunakan pada mikrokontroler yang bersangkutan. Mikrokontroler ATMega8535 merupakan salah satu keluarga dari MCS-51 keluaran Atmel. Jenis Mikrokontroler ini pada prinsipnya dapat digunakan untuk mengolah data per bit ataupun 8 bit secara bersamaan. Pada prinsipnya program pada Mikrokontroler dijalankan bertahap, jadi pada program itu sendiri terdapat beberapa set instruksi dan tiap instriksi itu dijalankan secara bertahap atau berurutan. Beberapa fasilitas yang dimiliki oleh Mikrokontroler ATMega8535 adalah sebagai berikut : a. Sebuah Central Processing Unit 8 bit. b. Osilatc : Internal dan rangkaian pewaktu.

5 c. RAM internal 128 byte. d. Flash Memory 2 Kbyte. e. Lima buah jalur interupsi (dua buah interupsi eksternal dan tiga buah interupsi internal). f. Empat buah programmable port I/O yang masing masing terdiri dari delapan buah jalur I/O. g. Sebuah port serial dengan control serial full duplex UART. h. Kemampuan untuk melaksanakan operasi aritmatika dan operasi logika. i. Kecepatan dalam melaksanakan instruksi per siklus 1 mikrodetik pada frekuensi 12 MHz Kontruksi ATMega8535 Mikrokontrol ATMega8535 hanya memerlukan 3 tambahan kapasitor,1 resistor dan 1 kristal serta catu daya 5 Volt. Kapasitor 10 mikro-farad dan resistor 10 KiloOhm dipakai untuk membentuk rangkaian reset. Dengan adanya rangkaian reset ini ATMega8535 otomatis direset begitu rangkaian menerima catu daya. Kristal dengan frekuensi maksimum 24 MHz dan kapasitor 30 piko-farad dipakai untuk melengkapi rangkaian oscilator pembentuk clock yang menentukan kecepatan kerja mikrokontroler. Memori merupakan bagian yang sangat penting pada mikrokontroler. Mikrokontroler memiliki dua macam memori yang sifatnya berbeda. Read Only Memory (ROM) yang isinya tidak berubah meskipun IC kehilangan catu daya. Sesuai dangan keperluannya, dalam susunan MCS-51 memori penyimpanan progam ini dinamakan sebagai memori program.

6 Random Access Memori (RAM) isinya akan sirna begitu IC kehilangan catu daya, dipakai untuk menyimpan data pada saat progam bekerja. RAM yang dipakai untuk menyimpan data ini disebut sebagai memori data. Ada berbagai jenis ROM. Untuk mikrokontroler dengan progam yang sudah baku dan diproduksi secara massal, progam diisikan ke dalam ROM pada saat IC mikrokontroler dicetak di pabrik IC. Untuk keperluan tertentu mikrokontroler mengunakan ROM yang dapat diisi ulang atau Programble- Eraseable ROM yang disingkat menjadi PEROM atau PROM. Dulu banyak dipakai UV-EPROM (Ultra Violet Eraseable Progamble ROM) yang kemudian dinilai mahal dan ditinggalkan setelah ada flash PEROM yang harganya jauh lebih murah. Jenis memori yang dipakai untuk Memori Program ATMega8535 adalah Flash PEROM, program untuk mengendalikan mikrokontroler diisikan ke memori itu lewat bantuan alat yang dinamakan sebagai ATMega8535 Flash PEROM Programmer. Memori Data yang disediakan dalam chip ATMega8535 sebesar 128 byte, meskipun hanya kecil saja tapi untuk banyak keperluan memori kapasitas itu sudah cukup. Sarana Input/Ouput yang disediakan cukup banyak dan bervariasa.atmega8535 mempunyai 32 jalur Input/Ouput. Jalur Input/Ouput paralel dikenal sebagai Port 1 (P1.0..P1.7) dan Port 3 (P3.0..P3.5 dan P3.7). ATMega8535 dilengkapi UART (Universal Asyncronous Receiver/ Transmiter) yang biasa dipakai untuk komunikasi data secara seri. Jalur untuk komunikasi data seri (RXD dan TXD) diletakan berhimpitan dengan P1.0 dan

7 P1.1 di kaki nomor 2 dan 3, sehingga kalau sarana input/ouput yang bekerja menurut fungsi waktu.clock penggerak untaian pencacah ini bisa berasal dari oscillator kristal atau clock yang diumpan dari luar lewat T0 dan T1. T0 dan T1 berhimpitan dengan P3.4 dan P3.5, sehingga P3.4 dan P3.5 tidak bisa dipakai untuk jalur input/ouput parelel kalau T0 dan T1 dipakai. ATMega8535 mempunyai enam sumber pembangkit interupsi, dua diantaranya adalah sinyal interupsi yang diumpankan ke kaki INT0 dan INT1. Kedua kaki ini berhimpitan dengan P3.2 dan P3.3 sehingga tidak bisa dipakai sebagai jalur input/output parelel kalau INT0 dan INT1 dipakai untuk menerima sinyal interupsi. ATmega8535 merupakan tipe AVR yang telah dilengkapi dengan 8 saluran ADC internal dengan fidelitas 10 bit. Dalam mode operasinya, ADC ATmega8535 dapat dikonfigurasi, baik secara single ended input maupun differential input. Selain itu, ADC ATmega8535 memiliki konfigurasi pewaktuan, tegangan referensi, mode operasi dan kemampuan filter derau yang amat fleksibel, sehingga dengan mudah disesuaikan dengan kebutuhan ADC itu sendiri. Port1 dan 2, UART, Timer 0,Timer 1 dan sarana lainnya merupakan register yang secara fisik merupakan RAM khusus, yang ditempatkan di Special Functoin Regeister (SFR).

8 2.2.2 Pin-Pin Pada Mikrokontroler ATMega8535 Deskripsi pin-pin pada Mikrokontroler ATMega8535 : Penjelasan Pin Gambar 2.2.Konfigurasi pin IC Mikrokontroller ATMega8535 VCC GND RESET : Tegangan Supplay (5 volt) : Ground : Input reset level rendah pada pin ini selama lebih dari panjang pulsaminimum akan menghasilkan reset,walaupun clock sedangberjalan. XTAL1 : Input penguat osilator inverting dan input pada rangkaian operasi clock internal. XTAL2 : Output dari penguat osilator inverting.

9 AVCC : Pin tegangan suplay untuk port A dan ADC. Pin ini harus dihubungkan ke VCC walaupun ADC tidak digunakan, maka pin ini harus dihubungkan ke VCC melalui low pass filter. AREF : Pin referensi tegangan analaog untuk ADC. Gambar 2.3.Blok Diagram IC ATMega8535

10 a. Port A (PA0-PA7) Port A berfungsi sebagai input analog ke ADC. Port A juga dapat berfungsi sebagai port I/O 8 bit bidirectional, jika ADC tidak digunakan maka port dapat menyediakan resistor pull-up internal (dipilih untuk setiap bit). b. Port B (PB0-PB7) Port B merupakan I/O 8 bit biderectional dengan resistor pull-up internal (dipilih untuk setiap bit) c. Port C (PC0-PC7) Port C merupakan I/O 8 bit biderectional dengan resistor pull-up internal (dipilih untuk setiap bit) d. Port D (PD0-PD7) Port D merupakan I/O 8 bit biderectional dengan resistor pull-up internal (dipilih untuk setiap bit) 2.3. EEPROM ATMega8535 Mikrokontroler ATMega8535 memiliki EEPROM sebesar 2 Kbyte untuk tempat penyimpanan data dan 256 byte memori Ram. 128 byte dari memori tersebut menempati ruang sejajar dengan register fungsi khusus. Hal ini berarti memori yang 128 byte tersebut memiliki alamat yang sama tetapi beda pada ruang yang terpisah dengan SFR. Bila suatu perintah diperlukan menuju alamat memori dengan alamat di atas 7FH, maka diperlukan mode pengalamatan yang berbeda sehingga CPU dapat menuju RAM atau menuju memori. Sebagai contoh, perintah pengalamatan

11 langsung berikut akan menuju SFR dengan alamat 0A0H, yaitu P2. Mov 0A0H,#data. Sementara perintah yang untuk menuju memori dengan alamat 0A0H dikerjakan dengan cara pengalamatan tidak langsung, memori akan dituju buka alamat P2. Dalam hal ini, operasi stack adalah contoh untuk pengalamatan tidak langsung, sehingga memori dengan alamat di atas 128 pada RAM tersedia untuk keperluan stack. Demikian juga dengan EEPROM yang ada pada ATMega8535, data pada memori tersebut diset dengan memberikan nilai logika 1 pada bit EEMEM, yaitu bit pada register WMCOM pada alamat SFR dengan nilai lokasi 96H. EEPROM memiliki alamat mulai dari 000H sampai dengan 7FF. Untuk mencapai data dengan alamat tersebut di atas digunakan MOVX, sementara untuk mencapai data dengan alamat tersebut di atas digunakan perintah yang sama tetapi dengan mengatur nilai EEMEN dengan logika LOW. Selama penulisan ke EEPROM dapat juga dilakukan pembacaan tetapi harus dimulai dari bit MSB, sekali penulisan telah selesai data yang benar telah tersimpan dengan baik pada lokasi memori EEPROM tersebut LCD ( Liquid Crystal Display ) LCD (Liquid Crystal Display) sering diartikan dalam bahasa indonesia sebagai tampilan kristal cair merupakan suatu jenis media tampilan yang menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. LCD dapat menampilkan karakter ASCI sehingga kita bisa menampilkan campuran huruf dan angka sekaligus berwarna ataupun tidak berwarna, hal ini disebabkan karena terdapat banyak sekali titik cahaya (piksel) yang terdiri dari

12 satu buah kristal cair sebagai sebuah titik cahaya. Walau disebut sebagai titik cahaya namun kristal cair ini tidak memancarkan cahaya sendiri. Sumber cahaya didalam sebuah perangkat LCD adalah lampu neon berwarna putih dibagian belakang susunan kristal cair tadi. Titik cahaya yang jumlahnya puluhan ribu bahkan jutaan inilah yang membentuk tampilan citra. Kutub kristal cair yang dilewati arus listrik akan berubah karena pengaruh polarisasi medan magnetik yang timbul dan oleh karenanya akan hanya membiarkan beberapa warna diteruskan sedangkan warna lainnya tersaring. Dalam menampilkan karakter untuk membantu menginformasikan proses dan kontrol yang terjadi dalam suatu program robot kita sering menggunakan LCD. Ada beberapa jenis LCD perbedaannya hanya terletak pada alamat menaruh karakternya.salah satu LCD yang sering dipergunakan adalah LCD 16x2 artinya LCD tersebut terdiri dari 16 kolom dan 2 baris. LCD ini sering digunakan karena harganya yang relatif murah dan pemakaiannya yang mudah. LCD yang kita gunakan masih membutuhkan agar dapat dikoneksikan dengan sistem minimum dalam suatu mikrokontroler. Driver tersebut berisi rangkaian pengaman, pengatur tingkat kecerahan backligt maupun data serta untuk mempermudah pemasangan di mikrokontroler (portable-red). Gambar 2.4. LCD 16 x 2

13 Modul LCD memiliki karakteristik sebagai berikut: 1. Terdapat 16 x 2 karakter huruf yang bisa ditampilkan. 2. Setiap terdiri dari 5 x 7 dot-matrix cursor. 3. Terdapat 192 macam karakter. 4. Terdapat 80 x 8 bit display RAM ( maksimal 80 karakter ). 5. Memiliki kemampuan penulisan dengan 8 bit maupun dengan 4 bit. 6. Dibangun oleh osilator lokal. 7. Satu sumber tegangan 5 Volt. 8. Otomatis reset saat tegangan dihidupkan. 9. Bekerja pada suhu 0 o C sampai 55 0 C Konfigurasi Pin LCD Tabel 2.1. Konfigurasi Pin LCD No Simbol Level Fungsi 1 Vss - 0 Volt 2 Vcc % Volt 3 Vee - Penggerak LCD 4 RS H/L H=Memasukkan Data,L=Memasukkan Ins 5 R/W H/L H=Baca, L=Tulis 6 E Enable Signal 7 DB0 H/L 8 DB1 H/L 9 DB2 H/L 10 DB3 H/L 11 DB4 H/L Data Bus 12 DB5 H/L 13 DB6 H/L 14 DB7 H/L 15 V+BL 16 V-BL Kecerahan LCC

14 2.5 Relay Relay adalah Saklar (Switch) yang dioperasikan secara listrik dan merupakan komponen Electromechanical (Elektromekanikal) yang terdiri dari 2 bagian utama yakni Elektromagnet (Coil) dan Mekanikal (seperangkat Kontak Saklar atau Switch). Relay menggunakan Prinsip Elektromagnetik untuk menggerakkan Kontak Saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi Jenis Jenis Relay 1. Berdasarkan Cara Kerja a. Normal terbuka. Kontak sakelar tertutup hanya jika relay dihidupkan. b. Normal tertutup. Kontak sakelar terbuka hanya jika relay dihidupkan. c. Tukar-sambung. Kontak sakelar berpindah dari satu kutub ke kutub lain saat relay dihidupkan. d. Bila arus masuk Pada gulungan, maka seketika gulungan akan berubah menjadi medan magnet. Gaya magnet inilah yang akan menarik luas sehingga saklar akan bekerja 2. Berdasarkan Konstruksi a. Relai menggrendel. Jenis relai yang terus bekerja walaupun sumber tenaga kumparan telah dihilangkan.

15 b. Relai lidi. Digunakan untuk pensakelaran cepat daya rendah. Terbuat dari dua lidi feromagnetik yang dikapsulkan dalam sebuah tabung gelas. Kumparan dililitkan pada tabung gelas Pengertian Debit Air Debit adalah suatu koefesien yang menyatakan banyaknya air yang mengalir dari suatu sumber persatuan waktu, biasanya diukur dalam satuan liter per/detik, untuk memenuhi keutuhan air pengairan, debit air harus lebih cukup untuk disalurkan ke saluran yang telah disiapkan. Ada juga yang mengartikan debit adalah satuan besaran air yang keluar dari Daerah Aliran Sungai (DAS). Satuan debit yang digunakan dalam system satuan SI adalah meter kubik per detik (m 3 /s). Istilah debit biasanya berkaitan dengan air, aliran dan sungai. Debit air adalah ukuran banyaknya volume air yang dapat lewat dalam suatu tempat atau yang dapat di tampung dalam sutau tempat tiap satu satuan waktu. Debit aliran adalah jumlah air yang mengalir dalam satuan volume per waktu. Debit air sungai adalah tinggi permukaan air sungai yang terukur oleh alat ukur permukaan air sungai. Dari beberapa pengertian diatas sebenarnya membahas satu hal yang sama yaitu jumlah air yang ditampung. Selain debit air, debit aliran dan debit air sungai terdapat juga debit yang diberi nama debit andalan. Debit andalan adalah debit maksimum yang dapat digunakan untuk irigasi. Penghitungan debit andalan bertujuan agar dapat mengoptimalkan sumber air yang digunakan sebagai irigasi. Untuk mengetahui debit air maka harus mengetahui satuan ukuran volume dan satuan ukuran waktu

16 terlebih dahulu, karena debit air berkaitan dengan satuan volume dan satuan waktu. Tabel 2.2 Konversi Volume dan Waktu Untuk Dapat Mengetahui Debit Air Satuan Waktu 1 Jam = 60 Detik Satuan Volume 1 Liter = 1 dm 3 =1.000cm 3 = mm 3 = 0,001m 3 1 Menit = 60 Detik 1cc = 1mL = 1 cm 3 1 Jam = Detik 1 Menit = 1/60 Jam 1 Jam = 1/3.600 Detik Debit air dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut: Q = V / T (I) Dimana : Q : Debit (liter/s) V : Volume (liter) T : Waktu (s) Fungsi dari pengukuran debit aliran adalah untuk mengetahui seberapa banyak air yang mengalir pada suatu sungai dan seberapa cepat air tersebut mengalir dalam waktu satu detik. Aliran air, dibedakan menjadi dua yaitu: aliran laminar dan aliran turbulen. Aliran laminar adalah aliran fluida yang bergerak dengan kondisi lapisan-lapisan (lanima-lamina) membentuk garis-garis alir yang

17 tidak berpotongan satu sama lain. Sedangkan aliran turbulen adalah aliran fluida yang partikel-partikelnya bergerak secara acak dan tidak stabil dengan kecepatan berfluktuasi yang saling interaksi. Cara mengetahui aliarn tersebut laminar atau turbulen yaitu dengan melihat bagaimana air tersebut mengalir apakah dia membentuk benang atau membentuk gelombang. Debit aliran dapa dipengaruhi oleh beberapa faktor, seperti: besar kecilnya aliran dalam sungai, angin, hujan dan lain sebagainya.