BAB II LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 5 BAB II LANDASAN TEORI Landasan teori sangat membantu untuk dapat memahami suatu sistem. Selain dari pada itu dapat juga dijadikan sebagai bahan acuan didalam merencanakan suatu system. Dengan pertimbangan hal-hal tersebut, maka landasan teori merupakan bagian yang harus dipahami untuk pembahasan selanjutnya. Pengetahuan yang mendukung perencanaan dan realisasi alat meliputi pengukuran alkohol, mikrokontroler ATMega 16, sensor suhu MQ-3, LCD dan program 2.1 Alkohol Alkohol adalah zat penekan susunan syaraf pusat meskipun dalam jumlah kecil mungkin mempunyai efek stimulasi ringan Alkohol sering dipakai untuk menyebut etanol, yang sering juga disebut grain alcohol; dan kadang untuk minuman yang mengandung alkohol. Hal ini disebabkan karena memang etanol yang digunakan sebagian bahan dasar pada minuman tersebut, bukan metanol, atau group alkhol lainnya. Begitu juga dengan alkohol yang digunakan untuk dalam dunia farmasi. Alkohol yang dimaksudn adalah etanol. Etanol disebut juga etil alkohol, alkohol murni, alkohol absolut, atau alkohol saja, adalah sejenis cairan yang mudah menguap, mudah terbakar, tak berwarna, dan merupakan alkohol yang paling sering digunakan dalam sehari-hari. Senyawa ini merupakan obat psikopatif dan dapat ditemukan pada minuman berakohol dan termometer modern. Etanol adalah salah satu obat rekreasi paling tua. Alkohol murni

2 6 tidaklah dikonsumsi manusia, yang sering dikonsumsi adalah minuman yang mengandung bahan sejenis alkohol, biasanya adalah ethyl alcohol atau ethanol. Bahan ini dihasilkan dari proses fermentasi gula yang dikandung dari malt dan beberapa buahbuahan seperti hop, anggur dan sebagainya. 2.2 Sensor Alkohol Sebenarnya sensor secara umum didefinisikan sebagai alat yang mampu menangkap fenomena fisika atau kimia kemudian mengubahnya menjadi sinyal elektrik baik arus listrik ataupun tegangan. Fenomena fisik yang mampu menstimulus sensor untuk menghasilkan sinyal elektrik meliputi temperatur, tekanan, gaya, medan magnet,cahaya, pergerakan dan sebagainya. Sementara fenomena kimia dapat berupa konsentrasi dari bahan kimia baik cairan maupun gas. Jika konsentrasi gas menurun, proses deoksidasi akan terjadi, rapat permukaan dari muatan negatif oksigen akan berkurang, dan mengakibatkan menurunnya ketinggian penghalang dari daerah sambungan. Gambar 2.1 Ilustrasi Ketika Terdeteksi Adanya Gas Alkohol Sensor gas MQ-3 merupakan salah satu sensor utama dalam penelitian ini. Sensor ini merupakan sebuah sensor kimia atau sensor gas. Sensor ini mempunyai nilai resistansi Rs yang akan berubah bila terkena gas di udara yaitu gas metana dan ethanol.

3 7 Sensor MQ-3 mempunyai tingkat sensitivitas yang tinggi terhadap dua jenis gas tersebut. Jika sensor tersebut mendeteksi keberadaan gas-gas tersebut di udara dengan tingkat konsentrasi tertentu, maka sensor akan menganggap terdapat gas alkohol di udara. Dan ketika sensor mendeteksi keberadaan gas-gas tersebut maka resistansi elektrik sensor tesebut akan menurun yang menyebakan tegangan yang dihasilkan oleh output sensor akan semakin besar. Selain itu, sensor juga mempunyai sebuahpemanas (heater) yang digunakan untuk membersihkan ruangan sensor dari kontaminasi udara luar agar sensor dapat bekerja kembali secara efektif. Gambar 2.2 Lapisan Bahan Dalam Sensor Alkohol Gas Sensor MQ-3 merupakan sensor alkohol yang cocok untuk mendeteksi kadar alkohol secara langsung, misal pada nafas kita. Sensor alkohol MQ-3 memiliki sensitivitas tinggi dan waktu respon yang cepat. Rangkaian driver untuk sensor alkohol MQ-3 ini sangat sederhana, hanya perlu 1 buah variabel resistor.

4 8 Outputdari Sensor alkohol MQ-3 ini berupa tegangan analog yang sebanding dengan kadar alkohol yang diterima. Antarmuka yang diperlukan cukup sederhana, bisa menggunakan ADC yang dapat merespon tegangan 0 volt 3,3 volt saja. Nilai resistor yang dipasang harus dibedakan untuk berbagai jenis konsentrasi gas. Jadi perlu dikalibrasi untuk 0,4mg/L (sekitar 200ppm) konsentrasi alkohol di udara dan resistansi pada output sekitar 200K (100K sampai 470K). Gambar 2.3 Rangkaian dan Gambar Alkohol Gas Sensor MQ-3 Spesifikasi dari alkohol gas sensor MQ-3 adalah : 1. Sensitivitas terhadap kadar alkohol tinggi dan rendah. 2. Respon yang cepat dan sensitivitas tinggi. 3. Stabil dan tahan lama. 4. Tegangan sumber 5V DC atau AC. 5. Suhu operasi -10 sampai 70 o C. 6. Konsumsi daya kurang dari 750mW. Adapun prinsip kerja dari sensor ini adalah sebagai berikut, Sensor gas MQ-3 hanya terdiri dari sebuah lapisan silikon dan dua buah elektroda pada masing-masing sisi silikon. Hal ini akan menghasilkan perbedaan tegangan pada outputnya ketika

5 9 lapisan silikon ini dialiri oleh arus listrik. Tanpa adanya gas alkohol yang terdeteksi, arus yang mengalir pada silikon akan tepat berada ditengah-tengah silikon dan menghasilkan tegangan yang sama antara elektroda sebelah kiri dan elektroda sebelah kanan, sehingga beda tegangan yang dihasilkan pada output adalah sebesar 0 volt. Gambar Prinsip kerja sensor, saat tidak ada gas alkohol yang terdeteksi SE\ Gambar 2.4Prinsip Kerja Sensor Ketika terdapat gas alkohol yang mempengaruhi sensor ini, arus yang mengalir akan berbelok mendekati atau menjauhi salah satu sisi silikon. Ketika arus yang melalui lapisan silikon tersebut mendekati sisi silikon sebelah kiri maka terjadi ketidakseimbangan tegangan output dan hal ini akan menghasilkan beda tegangan di outputnya. Begitu pula bila arus yang melalui lapisan silikon tersebut mendekati sisi silikon sebelah kanan. Semakin besar konsentrasi gas yang mempengaruhi sensor ini, pembelokan arus di dalam lapisan silikon juga semakin besar, sehingga ketidakseimbangan tegangan antara kedua sisi lapisan silikon pada sensor semakin besar pula. Semakin besar ketidakseimbangan tegangan ini, beda tegangan pada output juga sangat besar.

6 10 2.3Mikrokontroller Atmega16 Mikrokontroler sesuai namanya adalah suatu alat atau komponen pengontrol atau pengendali yang berukuran mikro atau kecil. Sebelum ada mikrokontroler, telah ada terlebih dahulu muncul mikroprosesor. Bila dibandingkan dengan mikroprosesor, mikrokontroler jauh lebih unggul karena terdapat berbagai alasan, diantaranya : a. Tersedianya I/O I/O dalam mikrokontroler sudah tersedia sementara pada mikroprosesor dibutuhkan IC tambahan untuk menangani I/O tersebut. IC I/O yang dimaksud adalah PPI b. Memori Internal Memori merupakan media untuk menyimpan program dan data sehingga mutlak harus ada. Mikroprosesor belum memiliki memori internal sehingga memerlukan IC memori eksternal. Dengan kelebihan-kelebihan di atas, ditambah dengan harganya yang relatif murah sehingga banyak penggemar elektronika yang kemudian beralih ke mikrokontroler. Namun demikian, meski memiliki berbagai kelemahan, mikroprosesor tetap digunakan sebagai dasar dalam mempelajari mikrokontroler. Inti kerja dari keduanya adalah sama, yakni sebagai pengendali suatu sistem. Mikrokontroler adalah otak dari suatu sistem elektronika seperti halnya mikroprosesor sebagai otak komputer. Namun mikrokontroler memiliki nilai tambah karena didalamnya sudah terdapat memori dan sistem input/output dalam suatu kemasan IC. Mikrokontroler AVR (Alf and Vegard s RISC processor) standar memiliki arsitektur 8-bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16- bit dan sebagian besar instruksi

7 11 dieksekusi dalam satu siklus clock. Berbeda dengan instruksi MCS-51 yang membutuhkan 12 siklus clock karena memiliki arsitektur CISC (seperti komputer) Arsitektur ATmega16 Gambar 2.5 Blok Diagram ATMega16

8 12 Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa Atmega16 memiliki bagian sebagai berikut : 1. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, PortD. 2. ADC 10 bit sebanyak 8 saluran. 3. Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan pembandingan. 4. CPU yang terdiri atas 32 buah register. 5. Watchdog Timer dengan osilator internal. 6. SRAM sebesar 512 byte. 7. Memori Flash sebesar 8 kb dengan kemampuan Read While Write. 8. Unit interupsi internal dan eksternal. 9. Port antarmuka SPI. 10. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi. 11. Antarmuka komparator analog. 12. Port USART untuk komunikasi serial Secara umum, AVR dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas, yaitu keluarga ATTiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega dan AT89RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral, dan fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan, mereka bisa dikatakan hampir sama. Oleh karena itu, dipergunakan salah satu AVR produk Atmel, yaitu Atmega16. Selain mudah didapatkan dan lebih murah Atmega8535 juga memiliki fasilitas yang lengkap. Untuk tipe AVR ada 3 jenis yaitu ATTiny, AVR klasik, dan ATMega. Perbedaannya hanya pada fasilitas dan I/O yang tersedia serta fasilitas lain seperti ADC,

9 13 EEPROM, dan lain sebagainya. Salah satu contohnya adalah ATMega 16. Memiliki teknologi RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz membuat ATMega 16 lebih cepat bila dibandingkan dengan varian MCS51. Dengan fasilitas yang lengkap tersebut menjadikan Atmega16 sebagai mikrokontroler yang powerfull. Adapun blok diagramnya sebagai berikut : 2.3.2Konfigurasi PIN Atmega16 Gambar 2.6 Konfigurasi Pin ATMega16 Mikrokontroler Atmega16 mempunyai jumlah pin sebanyak 40 buah, dimana 32 pin digunakan untuk keperluan port I/O yang dapat menjadi pin input/output sesuai konfigurasi. Pada 32 pin tersebut terbagi atas 4 bagian (port), yang masing-masingnya terdiri atas 8 pin. Pin-pin lainnya digunakan untuk keperluan rangkaian osilator, supply tegangan, reset, serta tegangan referensi untuk ADC. Untuk lebih jelasnya,konfigurasi pin Atmega16 dapat dilihat pada gambar 2.5. Berikut ini adalah susunan pin-pin dari Atmega16; VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukkan catu daya

10 14 GND merupakan pin ground Port A (PA0..PA7) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC Port B (PB0..PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu Timer/Counter, Komparator Analog, dan SPI Port C (PC0..PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu TWI, Komparator Analog, dan Timer Oscilator Port D (PD0..PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu Komparator Analog, Interupsi Iksternal dan komunikasi serial USART Reset merupakan pin yang digunakan untuk mereset mikrokontroler XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukkan clock eksternal (osilator menggunakan kristal, biasanya dengan frekuensi 11,0592 MHz). 2.4 LCD12x16 LCD (Liquid Crystal Display) adalah modul penampil yang banyak digunakan karena tampilannya menarik. LCD yang paling banyak digunakan saat ini ialah tipe LCD 16 2 M1632 karena harganya cukup murah. LCD 16 2 M1632 merupakan modul LCD dengan tampilan 2 16 (2 baris x 16 kolom) dengan konsumsi daya rendah. LCD karakter 2x16 digunakan untuk menampilkan persentase kadar alkohol. Gambar 2.7 LCD Karakter 2x16 Adapun fungsi dari masing-masing (konfigurasi) pi pada LCD karakter 2x16 yaituseperti pada table berikut:tabel

11 Fungsi Pin LCD karakter 2x16 Pin Nama Fungsi 1 VSS Ground Voltage 2 VCC +5V 3 VEE Contrast Voltage 4 RS Register Select 0= Intruction Register 1=Read Mode 5 R/W Read/ Write, to choose write or read mode 0=Write Mode 1=Read Mode 6 E Enable 0= start to lacth to LCD character 1=Desible 7 DB0 LSB 8 DB1-9 DB2-10 DB3-11 DB4-12 DB5-13 DB6-14 DB7 MSB

12 16 15 BPL Back Plane Light 16 GND Ground Voltage 2.5CodevisionAVR CodeVisionAVR merupakan sebuah cross-compiler C, Integrated Development Environtment (IDE), dan Automatic Program Generator yang didesain untuk mikrokontroler buatan Atmel seri AVR. CodeVisionAVR dapat dijalankan pada sistem operasi Windows 95, 98, Me, NT4, 2000, dan XP. Cross-compiler C mampu menerjemahkan hampir semua perintah dari bahasa ANSI C, sejauh yang diijinkan oleh arsitektur dari AVR, dengan tambahan beberapa fitur untuk mengambil kelebihan khusus dari arsitektur AVR dan kebutuhan pada sistem embedded. File object COFF hasil kompilasi dapat digunakan untuk keperluan debugging pada tingkatan C, dengan pengamatan variabel, menggunakan debugger Atmel AVR Studio. IDE mempunyai fasilitas internal berupa software AVR Chip In-System Programmer yang memungkinkan Anda untuk melakukan transfer program kedalam chip mikrokontroler setelah sukses melakukan kompilasi/asembli secara otomatis. Software In-System Programmer didesain untuk bekerja dengan Atmel STK500/AVRISP/AVRProg, Kanda Systems STK200+/300, Dontronics DT006, Vogel Elektronik VTEC-ISP, Futurlec JRAVR dan MicroTronics ATCPU/Mega2000 programmers/development boards. Untuk keperluan debugging sistem embedded, yang menggunakan komunikasi serial, IDE mempunyai fasilitas internal berupa sebuah Terminal. Selain library standar C, CodeVisionAVR juga mempunyai library tertentu untuk:

13 17 Modul LCD alphanumeric Bus I2C dari Philips Sensor Suhu LM75 dari National Semiconductor Real-Time Clock: PCF8563, PCF8583 dari Philips, DS1302 dan DS1307 dari Maxim/Dallas Semiconductor Protokol 1-Wire dari Maxim/Dallas Semiconductor Sensor Suhu DS1820, DS18S20, dan DS18B20 dari Maxim/Dallas Semiconductor Termometer/Termostat DS1621 dari Maxim/Dallas Semiconductor EEPROM DS2430 dan DS2433 dari Maxim/Dallas Semiconductor SPI Power Management Delay Konversi ke Kode Gray CodeVisionAVR juga mempunyai Automatic Program Generator bernama CodeWizardAVR, yang mengujinkan Anda untuk menulis, dalam hitungan menit, semua instruksi yang diperlukan untuk membuat fungsi-fungsi berikut: Set-up akses memori eksternal Inisialisasi port input/output Inisialisasi interupsi eksternal Inisialisasi Timer/Counter Inisialisasi Watchdog-Timer

14 18 Inisialisasi UART (USART) dan komunikasi serial berbasis buffer yang digerakkan oleh interupsi Inisialisasi Pembanding Analog Inisialisasi ADC Inisialisasi Antarmuka SPI Inisialisasi Antarmuka Two-Wire Inisialisasi Antarmuka CAN\ Inisialisasi Bus I2C, Sensor Suhu LM75, Thermometer/Thermostat DS1621 dan Real-Time Clock PCF8563, PCF8583, DS1302, dan DS1307 Inisialisasi Bus 1-Wire dan Sensor Suhu DS1820, DS18S20 Inisialisasi modul LCD 2.6 Kipas Angin Kipas angin adalah alat yang dapat mengubah energy listrik menjadi energy gerak. Dengan menggunakan motor listrik yang berguna untuk mengubah energy listrik menjadi energy gerak. Dalam motor listrik, ada kumparan besi yang bergerak dan sepasang magnet (U) pada bagian yang diam. Saat listrik mengalir pada lilitan kawat dalam kumparan besi, peristiwa ini mengubah kumparan besi menjadi magnet (S). Magnet menghasilkan gaya berputar secara periodik pada kumparan besi, Hal ini disebabkan oleh sifat magnet yang saling tolak menolak pada kedua kutubnya, sehingga gaya tolak menolak magnet antara sepasang magnet dan kumparan besi membuat gaya berputar.

15 19 Gambar 2.8 kipas angin 2.7 LED LED adalah suatu semikonduktor yang memancarkan cahaya monokromatik yang tidak koheren ketika diberi tegangan maju. Gejala initermasuk bentuk elektroluminesensi, warna yang dihasilkan bergantung pada bahan semikonduktor yangdipakai. Gambar 2.9 LED Sebuah LED adalah sejenis dioda semikonduktor istimewa. Seperti sebuah dioda normal, LED terdiri dari sebuah chip bahan semikonduktor yang diisi penuh, atau didop, dengan ketidakmurnian untuk menciptakan sebuah struktur yang disebut p-n junction. Pembawa muatan elektron dan lubang mengalir ke junction dari elektroda dengan voltase berbeda. Ketika elektron bertemu dengan lubang, dia jatuh ke tingkatenergi yang lebih rendah, dan melepas energi dalam bentuk photon. Tak seperti lampu pijar dan neon, LED mempunyai kecenderungan polarisasi.

16 20 Chip LED mempunyai kutub positif dan negatif (p-n) dan hanya akan menyala bila diberikan arus maju. Ini dikarenakan LED terbuat dari bahan semikonduktor yang hanya akan mengizinkan arus listrik mengalir ke satu arah dan tidak ke arah sebaliknya. BilaLED diberikan arus terbalikhanya akan ada sedikit arus yang melewati chip LED. Ini menyebabkan chip LED tidak akan mengeluarkan emisi cahaya. Chip LED pada umumnya mempunyai tegangan rusak yang relatif rendah. Bila diberikan tegangan beberapa volt ke arah terbalik, biasanya sifat isolator searah LED akan jebol menyebabkan arus dapat mengalir ke arah sebaliknya. Karakteristik chip LED pada umumnya adalah sama dengan karakteristik dioda yang hanya memerlukan tegangan tertentu untuk dapat beroperasi. Namun bila diberikan tegangan yang terlalu besar, LED akan rusak walaupun tegangan yang diberikan adalah tegangan maju. Tegangan yang diperlukan sebuah dioda untuk dapat beroperasi adalah tegangan maju (Vf). 2.8.Kadar Alkohol Menurut Permenkes RI No./Menkes/Per/IV/1997 tentang minuman keras, yang dimaksud dengan minuman keras adalah semua jenis 1. Golongan A yaitu minuman keras dengan kadar alkohol 1-50% 2. Golongan B yaitu minuman keras dengan kadar alkohol 5-20% 3. Golongan C yaitu minuman keras dengan kadar alcohol 20-50% Berdasarkan Keputusan Presiden No.3 tahun 1997 tentang minuman beralkohol, izin produksi minuman beralkohol di berikan oleh Menteri Perindustrian dan Perdagangan RI sedangkan untuk izin peredaranya berikan oleh Menteri Kesehatan (sekarang Badan POM).

17 21 Lokasi penjualan keras seperti restaurant, kedai, bar atau tempat lain untuk diminum di tempat penjualan, tidak boleh berdekatan dengan tempat ibadah,sekolah, dan rumah sakit. 1. Dilarang memproduki dan mengimpor minuman keras tanpa izin Menteri 2. Dilarang mengedarkan minuman keras yang mengandung methanol lebih dari 0,1% ihitung terhadap etanol 3. Dilarang menjual/menyerahkan minuman keras kepada anak dibawah umur 16 tahun 4. Pada penyerahan minuman keras golongan C kepada konumen pengecer minuman keras harus mencatat tanggal penyerahan, namadan alamat penerima, nomor dan tanggal paspor atau KTP serta jenis dan jumlah minuman keras yang bersangkutan. 5. Dilarang mengiklankan minuman keras golongan C Gambar 2.10 minuman alkohol

18 Bahaya Alkohol Alkohol dapat menggangu sistem saraf, orang yang kebanyakan minuman salkohol tidak peka terhadap keadaan lingkungan sekitar dan juga tidak sadar mengatakan apa dan berada dimana. Hal ini disebabkan karena sarafnya tidak bekerja dengan baik.dalam konsentrasi tinggi alkohol dapat mempengaruhi saraf pusatmanusia yang mengandung bahan sejenis alkohol. Bahan psikoaktif yang terdapat dalam alkohol adalah etil alkohol yang diperoleh dari proses fermentasi madu, gula sari buah atau umbi-umbian. Nama yang populer minuman keras (miras), kamput, tomi (topi miring), cap tikus, dll. Minuman beralkohol mempunyai kadar yang berbeda-beda, misalnya bir soda dan alkohol (1-7% alkohol), anggur (10-15% alkohol). Dan minuman keras yang disebut dengan spirit (35-50% alkohol). Konsentrasi alkohol dalam darah dicapai dalam menit setelah diminum. Ketika kandungan alkohol darah mencapai 5% (5 bagaian alkohol per 100 bagian cairan darah) maka si peminum akan mengalami sensasi positif, seperti perasaan relaks dan kegembiraan (euphoria). Dan pada kandungan di atas 5% maka si peminum akan merasa tidak enak dan secara bertahap akan kehilangan kendali bicara, keseimbangan dan emosi jika kandungan alkohol dalam darah dinaikkan lagi sampai 0,1 % maka si peminum akan mabuk total. kemudian pada tingkat 0,2 % beberapa sudah pingsan. Jika mencapai 0,3% sebagian orang akan mengalami koma, dan jika mencapai 0,4% si peminum kemungkinan besar tewas. Di indonesia penjualan minum berakohol di batasi dan yang boleh membeli adalah mereka yang telah berumur 21 tahun.