LAPORAN PRAKTIKUM MEKATRONIKA JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS ANDALAS 2011

Transkripsi

1 LAPORAN PRAKTIKUM MEKATRONIKA JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS ANDALAS 2011 Kelompok II 1

2 BAB I LABORATORIUM MEKATRONIKA PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Dewasa ini perkembangan ilmu teknologi berkembang begitu pesat. Hal ini dapat kita rasakan pada kehidupan sehari-hari maupun pada dunia industri. Contohnya saja pada alat-alat elektronika yang ada pada saat sekarang ini seperti hand phone, komputer, kamera digital, ipad dan produk elektronika lainnya. Pada kehidupan sehari-hari dan dunia industri kita juga sering menjumpai sistem otomasi suatu alat dalam menjalankan fungsinya, misalnya pada kehidupan sehari-hari kita sering menjumpai sistem pintu otomatis yang ada dimall, hotel, perkantoran dan tempat lainnya. Pada dunia industri sudah banyak pabrik-pabrik meggunakan sistem kerja alat secara otomasi untuk membuat atau merakit produknya yang dapat bekerja 24 jam dalam sehari. Semua hal tersebut tidak terlepas dari penggunaan komponen-komponen elektronika, rangkaian-rangkaian elektronika, dan sistem mekatatronika. Kita sebagai calon sarjana teknik perlu mengetahuinya karena berhubungan dengan dengan dunia keteknikan. Oleh sebab itu perlu diadakannya praktikum mekatronika ini. 1.2 Tujuan 1. Mengetahui jenis-jenis dan prinsip kerja dari komponen-komponen elekronika dan rangkaian-rangkaian elektronika. 2. Mengetahui tentang sistem mekatronika. 3. Dapat mengaplikasikan sistem mekatronika pada sistem alat yang sederhana. 4. Memenuhi syarat lulus mata kuliah mekatronika. 1.3 Mamfaat Melalui praktikum ini kita mendapatkan ilmu pengetahuan tentang ilmu mekatronika seperti sistem mekatronika, jenis-jenis dan prinsip kerja dari alat-alat elektonika serta rangkaian elektronika. Kita juga dapat mengaplikasikan nya Kelompok II 2

3 dalam sistem yang sederhana serta membantu kita pada dunia kerja yang sudah banyak menerapkan ilmu mekatronika ini. Kelompok II 3

4 BAB II LABORATORIUM MEKATRONIKA TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Teori Dasar Pengertian Mekatronika Mekatronika adalah hubungan integrasi yang sinergis antara rekayasa mekanik, teknik elektronika, teknik komputer, teknik informatika, system kontrol yang cerdas untuk suatu perancangan proses atau produk. Gambar 2.1 : Rekayasa Mekatronika Sistem mekatronika Sistem mekatronika adalah sistem yang mengatur, mengendalikan, memproses suatu proses jalannya mekatronika. Sensor Controller Actuator Sistem kontrol Signal Conditioner ( Amp+ADC ) Signal Conditioner ( DAC+ Amp ) Otomasi produk atau proses Kelompok II 4

5 Otomasi adalah aspek mental seperti mengawasi, mengendalikan, aktifitas yang dilakukan oleh sistem. Mekanisasi adalah aspek fisik yang digantikan oleh mesin. Contoh : Mesin bubut adalah mekanisasi dari proses pemesinan, sedangkan mesin bubut CNC ( pengendalian oleh mesin ) adalah otomasi dari proses pemesinan Sistem kontrol Memuat data input dan output yang dihasilkan berdasarkan kesesuaian dari data input. Energi listrik Input Motor Gerakan rotasi Output Controlled System Misalnya motor dipandang sebagai suatu sistem dengan input energi listrik dan output berbentuk gerak rotasi ( energi mekanik ). Sistem control adalah sistem yang menjaga besaran keluaran. Contoh : Temperatur Ketinggian air Putaran Contoh sistem temperatur tubuh. Pada udara panas tubuh akan mengeluarkan keringat untuk mengontrol suhu tubuh, keluaran keringat agar nilai temperatur tubuh konstan Sistem kontrol terbuka Misalnya AC. Pada AC akan disupplai suhu yang tidak tergantung pada kondisi ruangan sehingga suhu konstan Kelompok II 5

6 Input Arus Output Switch Filament listrik Sistem kontrol tertutup Misalnya pada AC sistem split pengukuran ruangan. Temperatur diset 20 o C. Apabila suhu mencapai suhu tersebut maka AC akan mati atau ke mode stand by secara otomatis Input Elemen pembanding Arus Output x Switch Filamen listrik Perangkat pengukur Perangkat pengukur yaitu suatu elemen yang berfungsi untuk mengukur nilai keluaran output dan diteruskan ke elemen pembanding. Elemen pembanding yaitu suatu elemen elektronika yang berfungsi membandingkan nilai output dan input Sensor Sensor adalah suatu elemen yang mendeteksi suatu besaran sehingga diterjemahkan ke bentuk sinyal yang kualitatif yang berhubungan dengan objek yang diukur. Sensor disebut juga transduser, istilah ini banyak digunakan dalam ilmu pada sistem pengukuran ( konversi ) Syarat-syarat sensor Kecermatan adalah nilai terkecil yang mampu dibaca sensor Ketelitian adalah kemampuan sensor membaca nilai besaran dengan nilai yang benar atau mendekati nilai yang sebenarnya Kelompok II 6

7 Sensivity adalah kemampuan sensor menerima rangsangan dengan cepat dan diterjemahkan nilainya Keterulangan adalah kemampuan sensor memberikan nilai yang sama atau mendekati sama meskipun diukur berulang tanpa adanya pengaruh lingkungan Range adalah batas terendah dan tertinggi yang mampu dibaca oleh sensor Hysteresis error adalah Perbedaan / error dari output yang diukur bila dilakukan pengukuran secara continue atau berkelanjutan dari dua arah yang berbeda. Gambar Grafik Hysteresis Non linearity error adalah kesalahan yang terjadi karena sensor tidak linier walaupun secara teoritis sensor dinyatakan linier Jenis-jenis sensor Sensor mekanik Adalah sensor yang berfungsi mendeteksi perubahan gerak mekanis seperti perpindahan atau pergeseran posisi gerak lurus dan melingkar, tahanan, aliran level, dan lain-lain Proximity - Proximity optic Terdiri dari LED dan detector cahaya Kelompok II 7

8 Gambar 2.2 : Sensor photoelectric - Proximity induktif Menggunakan perubahan fluks magnet untuk mendeteksi keberadaan objek Gambar 2.3 : Alat Eddy Current Induktif Sensor Posisi dan kecepatan - Potensiometer - Level Variable Diferential Transrmer ( LVDT ) - Encater - Tachogenerator Gambar 2.4 : LVDT Kelompok II 8

9 Sensor fisika LABORATORIUM MEKATRONIKA Adalah sensor yang mendeteksi besaran berdasarkan hokum fisika Sensor cahaya Sensor yang merubah besaran cahaya menjadi besaran listrik. Prinsip kerjanya adalah mengubah energi foton menjadi electron. Contoh : Photodioda, Octocouplar, Light Dependent Resistor ( LDR ), photoransistor Gambar 2.5 : Sensor LDR Prinsip kerja resistansi LDR akan berubah sesuai perubahan intensitas cahaya yang mengenainya. Dalam gelap resistensi LDR adalah sekitar 10 MΩ dan dalam keadaan terang sekitar 1KΩ. Sensor suara Adalah sensor yang mengubah gelombang sinusioda suara menjadi sinus energy listrik. Gambar 2.6 : Pick Up alat musik Kelompok II 9

10 Prinsip kerjanya berdasarkan besar kecilnya gelombang suara yang ditangkap mengenai membran sensor yang menyebabkan bergeraknya membran sensor yang juga terdapat sebuah kumparan kecil dibalik membrane yang naik turun Sensor suhu Adalah sensor yang mengubah besaran panas menjadi besaran listrik yang dapat dianalisis besarnya. Contoh : LM 35 Gambar 2.7 : Sensor LM 35 Sensor gaya dan tekanan Umunya gaya dan tekanan tidak dapat diukur secara langsung, tetapi dengan cara pemanfaatan deflaksi, deformasi, tegangan dari permukaan. Gambar 2.8 : Pneaumatic Pressure Control Sensor Kelompok II 10

11 Sensor kimia Sensor yang mendeteksi jumlah suatu zat kimia dengan cara mengubah besaran kimia menjadi besaran listrik. Sensor ph Sensor O2 Sensor ledakan Sensor gas Gambar 2.9 : sensor kadar gula dalam darah Controller Adalah suatu komponen listrik yang berfungsi sebagai alat untu mengendalikan, memproses, membuat keputusan dan diteruskan ke actuator dalam system mekatronika Microproscessor Microproscessor adalah mesin kecil sebagai pemroses dan pengendali utama proses yang terjadi pada komputer, yang dibuat dalam bentuk chip. Meskipun ukurannya secara fisik tidak terlalu besar, tetapi pemikir utama dari sebuah komputer adalah pada microprocessor ini, dan di sinilah proses utama diolah. Kelompok II 11

12 Gambar 2.10 : microprocessor Microcontroller Microcontroller adalah central processing unit (CPU) yang disertai memori serta sarana input/output yang padukan dalam bentuk single chip. Gambar microcontroller Progamabble Logic Control ( PLC ) Didefinisikan sebagasi suatu perangkat elektronik digital dengan memori yang dapat diprogram untuk menyimpan instruksi-instruksi yang menjalankan fungsifungsi spesifik seperti: logika, sekuen, timing, counting, dan aritmatika untuk mengontrol suatu mesin industri atau proses industri sesuai dengan yang diinginkan. Kelompok II 12

13 Gambar 2.11 : OMRON PLC Relay Relay adalah suatu peranti yang menggunakan elektromagnet untuk mengoperasikan seperangkat kontak sakelar. Susunan paling sederhana terdiri dari kumparan kawat penghantar yang dililit pada inti besi. Bila kumparan ini dienergikan, medan magnet yang terbentuk menarik armatur berporos yang digunakan sebagai pengungkit mekanisme sakelar. Gambar 2.12 : relay Personal Computer ( PC ) Istilah PC mempunyai beberapa arti : Istilah umum yang merujuk pada komputer yang dapat digunakan dan diperoleh orang dengan mudah. Kelompok II 13

14 Istilah umum yang merujuk kepada mikrokomputer yang sesuai dengan spesifikasi IBM. Komputer pribadi yang pertama kali dikeluarkan oleh IBM dan secara tidak langsung mencetuskan penggunaan istilah PC (Personal Computer) - lihat PC IBM. Generasi mikrokomputer yang pertama hanya dijual dalam jumlah kecil kepada orang yang mampu membeli (membuat dan merakit sendiri), dan mengoperasikannya, yaitu: para insinyur dan penggemar bidang elektronika. Mikrokomputer generasi kedua lebih dikenal sebagai komputer rumah (home computer) Actuator Gambar 2.13 : Personal Computer ( PC ) Adalah suatu komponen sistem mekatronika yang berfungsi sebagai alat pelaksana atau eksekusi perintah dari controller Actuator elektrik Solenoid Motor stepper Motor DC Brushless DC-motors Kelompok II 14

15 Motor Induksi Motor Singkron LABORATORIUM MEKATRONIKA Gambar 2.14 : Actuator elektrik Actuator elektromechanic Gambar 2.15 : Actuator electromechanic Actuator hidraulik Menggunkan motor pompa untuk menghasilkan gaya keluaran. Bekerja dengan meniupkan udara bertekanan pada system katup. Gambar 2.16 : hydraulic actuator Kelompok II 15

16 Actuator pneaumatik LABORATORIUM MEKATRONIKA Diaphragm actuators Piston actuators Gambar 2.17 : Actuator pneaumat Bilangan Bilangan biner Adalah bilangan yang tiap digitnya merupakan bilangan dasar dengan pangkat 2. Bilangannya terdiri dari angka 0 dan 1 Contoh : 101 = ( 1x2 2 2 ) + ( 0x2 2 1 ) + ( 1x2 2 0 ) = Bilangan desimal Adalah bilangan yang tiap digitnya merupakan bilangan dasar dengan pangkat 10. Bilangannya terdiri dari 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Contoh : 102 = ( 1x ) + ( 0x ) + ( 1x ) Bilangan heksadesimal adalah bilangan yang terdiri dari 10 angka dan 6 huruf. Bilangannya terdiri dari 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F Contoh : 172 = = 12 10C Sinyal Sinyal Analog Kelompok II 16

17 Adalah sinyal yang level sinyalnya kecil dan kontinu terhadap waktu. Digunakan dalam ilmu teknik (terutama teknik elektro, teknik informasi, dan teknik kendali), yaitu suatu besaran yang berubah dalam waktu atau dan dalam ruang, dan yang mempunyai semua nilai untuk untuk setiap nilai waktu (dan atau setiap nilai ruang). Digunakan juga istilah Sinyal Kontinyu, untuk menggambarkan bahwa besaran itu mempunyai nilai yang kontinyu (tak terputus). Contoh Sinyal Analog adalah Sinyal Elektrik yang dihasilkan oleh peralatan elektrik non-digital: sinyal suara pada radio konvensional, sinyal gambar (foto) pada kamera konvensional, sinyal video pada televisi konvensional. Gambar 2.18 Sinyal analog Sinyal digital Adalah sinyal yang level sinyalnya kecil dan tidak kontinu terhadap waktu. Sinyal digital merupakan hasil teknologi yang dapat mengubah signal menjadi kombinasi urutan bilangan 0 dan 1 (juga dengan biner), sehingga tidak mudah terpengaruh oleh derau, proses informasinya pun mudah, cepat dan akurat, tetapi transmisi dengan sinyal digital hanya mencapai jarak jangkau pengiriman data yang relatif dekat. Biasanya sinyal ini juga dikenal dengan sinyal diskret. Sinyal yang mempunyai dua keadaan ini biasa disebut dengan bit. Bit merupakan istilah khas pada sinyal digital. Sebuah bit dapat berupa nol (0) atau satu (1). Kemungkinan nilai untuk sebuah bit adalah 2 buah (21). Kemungkinan nilai untuk 2 bit adalah sebanyak 4 (22), berupa 00, 01, 10, dan 11. Secara umum, jumlah kemungkinan nilai yang terbentuk oleh kombinasi n bit adalah sebesar 2n buah. System digital merupakan bentuk sampling dari sytem analog. digital pada dasarnya di code-kan dalam bentuk biner (atau Hexa). besarnya nilai suatu system digital dibatasi oleh lebarnya / jumlah bit (bandwidth). jumlah bit juga sangat mempengaruhi nilai akurasi system digital Kelompok II 17

18 Gambar 2.19 Sinyal digital APLIKASI MEKATRONIKA Penggunaan Begitu banyaknya penggunaan sistem mekatronika dalam kehidupan kita memperkuat salah satu sifatnya yang multiguna (aplikatif) Teknik Otomotif Sebagai contoh sistem mekatronik pada kendaraan bermotor adalah sistem rem ABS ( Anti-lock Breaking system) atau sistem pengereman yang menghindari terkuncinya roda sehingga mobil tetap dapat dikendalikan dalam pengereman mendadak, ESP ( Elektronik Stability Programm), ABC ( Active Body Control) dan Motor-Managemen-System. Teknologi Penerbangan Dalam teknologi penerbangan modern digunakan Comfort-In-Turbulence System sehingga dapat meningkatkan kenyamanan penumpang walau ketika terjadi turbulensi. Gust Load Alleviation serta banyak contoh lainnya. Teknik Produksi Contoh dalam teknik produksi adalah penggunaan sensor pada robot. Sistem kendali umpan balik pada elektromotor berkecepatan rotasi tinggi dengan pemegang as tenaga magnet. Kelompok II 18

19 Serta pemutar CD, Harddisk serta mesin pencetak berkecepatan tinggi, atau alatalat elektronika yang biasa kita gunakan sehari-hari aplikasi mekatronika akan sangat sering kita jumpai. Kelompok II 19

20 2.2 Komponen Elektronika LABORATORIUM MEKATRONIKA a. RESISTOR Resistor adalah komponen dasar elektronika yang digunakan untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam satu rangkaian. Sesuai dengan namanya resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Tabel Warna gelang resisitor tetap. Warna Gelang Gelang Gelang ke-1 ke-2 ke-3 * Pengali Toleransi Koefisien Fail Suhu Rate Hitam Coklat ±1% (F) 100 ppm/k 1% Merah ±2% (G) 50 ppm/k 0.1% Jingga ppm/k 0.01% Kuning ppm/k 0.001% Hijau ±0.5% (D) Biru ±0.25%(C) Ungu ±0.1% (B) Abu-abu ±0.05% (A) Putih Emas 0.1 ±5% (J) Perak 0.01 ±10% (K) Tanpa Warna ±20% (M) * Gelang ke-3 hanya untuk 5-band resistors Keterangan untuk 4 band : - Gelang ke-1 dan ke-2 menyatakan angka dari resistor tersebut. - Gelang ke-3 menyatakan faktor pengali (banyaknya nol). - Gelang ke-4 menyatakan toleransi. Misalnya : Resistor dengan warna : merah hitam kuning perak Maka nilainya : % Kelompok II 20

21 Berarti nilai resistor tersebut adalah = Ohm atau 200 Kohm dengan toleransi sebesar 10%. Range hambatan resistor tersebut adalah = ± 10% = 10% x = Ohm = sampai = sampai Ohm. Gambar Cara pembacaan nilai resistansi resistor Berdasarkan penggunaannya, resistor dapat dibagi: Kelompok II 21

22 A. Resistor Tetap LABORATORIUM MEKATRONIKA Resistor Biasa ialah sebuah resistor penghambat gerak arus, yang nilainya tidak dapat berubah, jadi selalu tetap (konstan). Resistor ini biasanya dibuat dari nikelin atau karbon. Resistor memiliki batas kemampuan daya misalnya : 1/16 watt, 1/8 watt, ¼ watt, ½ watt dsb. Resitor hanyaa dapat dioperasikan dengan daya maksimal sesuai dengan kemampuan dayanya. Simbol Resistor Tetap : Gambar Contoh Resistor Tetap Gambar Simbol Resistor Gambar Contoh Resistor Tetap B. Resistor Suhu Berikut ini jenis-jeniss resistor suhu adalah sebagai berikut: NTC ( Negative Temperature Coefficient Thermistor ) Pada saat suhu disekitarnya naik nilai hambatannyaa menurun. PTC ( Positive Temperature Coefficient Thermistor ) Pada saat suhu disekitarnya naik nilai hambatannyaa naik. CTR ( Critical Temperature Resistor ) Nilai hambatannya akan menurun dengan cepat ketika suhu disekitarnya naik diatas suhu yang specific point. C. Resistor Cahaya CDS (Cadmium Sulfide Photocell / LDR) Resistor ini perubahan nilainya tergantung pada banyaknya cahaya yang mengenai dirinya. Biasanya resistor ini juga disebut LDR (Light Depend Resistor). Banyak sekali tipe dari komponen ini baik ukuran, nilai hambatan, dll. Pada kondisi ruangan yang terang nilai hambatannya adalah 200 ohm, sedangkan saat kondisii ruangan gelap maka nilai hambatannya 2M ohm. Kelompok II 22

23 VDR Gambar LDR Adalah singkatan dari voltage dependent resistor, yaitu sebuah resistor tidak tetap yang nilai resistansinya akan berubah tergantung dari tegangan yang diterimanya. Gambar VDR b. TRANSISTOR Transistor merupakan komponen elektronika dengan 3 elektrode. Transistor biasa terdiri dari 3 buah kaki yang masing-masing diberi nama: emmitor, basis dan collector. Gambar Transistor Transistor memiliki dua jenis yaitu: Transistor Bipolar dan Transistor Unipolar. Transistor Bipolar Transistor Bipolar adalah transistor yang memiliki dua persambungan kutub. Transistor bipolar biasanya digunakan sebagai saklar elektronik dan penguat pada rangkaian elektronika digital. Kelompok II 23

24 Gambar Bentuk dan Simbol Transistor Bipolar Transistor Unipolar Transistor Unipolar adalah transistor yang hanya memiliki satu buah persambungan kutub. Transistor unipolar adalah FET (Field Effect Transistor) yang terdiri dari JFET kanal N, JFET kanal P, MOSFET kanal N, dan MOSFET kanal P. Simbol Transistor Unipolar : Gambar Simbol dan Contoh Transistor Unipolar c. DIODA Dioda merupakan suatu semikonduktor yang hanya dapat menghantar arus listrik dan tegangan pada satu arah saja. Bahan pokok untuk pembuatan dioda adalah Germanium (Ge) dan Silikon/Silsilum (Si). Dioda terdiri dari : 1. Dioda Kontak Titik Dioda ini dipergunakan untuk mengubah frekuensi tinggi menjadi frekuensi rendah. Kelompok II 24

25 Gambar Dioda Kontak Titik Dan Simbol Dioda Kontak Titik 2. Dioda Hubungan Dioda ini dapat mengalirkan arus atau tegangan yang besar hanya satu arah. Dioda ini biasa digunakan untuk menyearahkan arus dan tegangan. Dioda ini memiliki tegangan maksimal dan arus maksimal, misalnya Dioda tipe 1N4001 ada 2 jenis yaitu yang berkapasitas 1A/50V dan 1A/100V. Simbol dioda hubungan dan simbol dioda kontak titik. 3. Dioda Zener Gambar Dioda Hubungan dan Simbol Dioda Hubungan Dioda Zener adalah dioda yang bekerja pada daerah breakdown atau pada daerah kerja reverse bias. Dioda ini banyak digunakan untuk pembatas tegangan. Tipe dari dioda zener dibedakan oleh tegangan pembatasnya. Misalnya 12 V, ini berarti dioda zener dapat membatasi tegangan yang lebih besar dari 12 V atau menjadi 12 V. Simbol Dioda Zener : Gambar Dioda Zener dan Simbol Dioda Zener 4. Dioda Pemancar Cahaya (LED) LED adalah kepanjangan dari Light Emitting Diode (Dioda Pemancar Cahaya). Dioda ini akan mengeluarkan cahaya bila diberi tegangan sebesar 1,8 V dengan arus 1,5 ma. LED banyak digunakan sebagai lampu indikator dan peraga (display). Simbol dan gambar LED : Kelompok II 25

26 Gambar LED Dan Simbol LED 5. Dioda kapasiansi variable Dioda kapasiansi variable disebut juga dengan diode varicab atau diode varactor, sifatnya adalah bila dipasangkan menurut arah terbalik akan berperan sebagai kondensator. Kapasitansinya tergantung dari tegangan yang masuk. Gambar Bentuk dan Simbol Dioda Varactor 6. Dioda foto Diode foto mempunyai sifat yang berkebalikab dengan LED, yaitu akan menghasilkan arus listrik bila terkena cahaya. Besarnya arus listrik tergantung besarnya cahaya yang diterima. 7. Dioda Schottky Gambar Bentuk dan Simbol Foto Dioda Dioda schottky menggunakan logam emas, perak atau platina pada salah satu sisi junction dan silicon yang di dop (biasanya type-n) pada sisi yang alain. Dioda semacam ini adalah piranti unipolar karena electron bebas merupakan pembawa mayoritas pada kedua sisi junction. Dan dioda Schottky ini tidak mempunyai lapisan pengosongan atau penyimpanan muatan, sehingga mengakibatkan ia dapat di switch nyalaa dan mati lebih cepat dari pada dioda bipolar. Sebagai hasilnya piranti ini dapat menyearahkan frekuensi diatas 300 Mhz dan jauh diatas kemampuan dioda bipolar. Kelompok II 26

27 Gambar Dioda dan simbol schottky 8. Dioda Step-Recovery Dengan mengurangi tingkat doping dekat junction pabrik dapat membuat dioda step-recovery piranti yang memanfaatkan penyimpanan muatan. Selama konduksi forward dioda berlaku seperti dioda biasa dan bila dibias riverse dioda ini konduksi sementara lapisan pengosongan sedang diatur dan kemudian tiba-tiba saja arus riverse menjadi nol. Dalam keadaan ini seolah-olah dioda tiba-tiba terbuka menjepret (snaps open) seperti saklar, dan inilah sebabnya kenapa dioda step-recovery sering kali disebut dioda snap. Dioda step-recovery digunakan dalam rangkaian pulsa dan digital untuk menghasilkan pulsa yang sangat cepat.snap-off yang tibatiba dapat menghasilkan pensaklaran on-off kurang dari 1 ns. Dioda khusus ini juga digunakan dalam pengali frekuensi Gambar Dioda step- recovery Dan Simbol Dioda step- recovery 9. Dioda laser Dioda laser adalah sejenis laser di mana media aktifnya sebuah semikonduktor persimpangan p-n yang mirip dengan yang terdapat pada dioda pemancar cahaya. Dioda laser kadang juga disingkat LD atau ILD. Dioda laser baru ditemukan pada akhir abad ini oleh ilmuwan Universitas Harvard. Prinsip kerja dioda ini sama seperti dioda lainnya yaitu melalui sirkuit dari rangkaian elektronika, yang terdiri dari jenis p dan n. Gambar Dioda Laser dan Simbol Dioda Laser Kelompok II 27

28 d. KAPASITOR LABORATORIUM MEKATRONIKA Kapasitor adalah suatu komponen elektronika yang dapat menyimpan dan melepaskan muatan listrik atau energi listrik. Satuan kapasitor adalah Farad. Kemampuan untuk menyimpan muatan listrik pada kapasitor disebut dengan kapasitansi atau kapasitas. Seperti halnya hambatan, jenis kapasitor berdasarkan nilai kapasitansinya menjadi: 1. Kapasitor Tetap Kapasitor tetap merupakan kapasitor yang mempunyai nilai kapasitas yang tetap. Simbol Kapasitor Tetap : Gambar Simbol Kapasitor Tetap Untuk mengetahui besarnya nilai kapasitas atau kapasitansi pada kapasitor dapat dibaca melalui kode angka pada badan kapasitor tersebut yang terdiri dari 3 angka. Angka pertama dan kedua menunjukkan angkaatau nilai, angka ketiga menunjukkan faktor pengali atau jumlah nol, dan satuan yang digunakan ialah pikofarad (pf). Kapasitor tetap yang memiliki nilai lebih dari atau sama dengan 1µF adalah kapasitor elektrolit (elco). Kapasitor ini memiliki polaritas (memiliki kutub positifdan kutub negatif) dan biasa disebutkan tegangan kerjanya.misalnya : 100µF 16 V artinya elco memiliki kapasitas 100µF dan tegangan kerjanya tidak boleh melebihi 16 volt. Simbol dan gambar Kapasitor Elco : Gambar Kapasitor Elco B. Kapasitor Tidak Tetap Kapasitor tidak tetap adalah kapasitor yang memiliki nilai kapasitansi atau kapasitas yang dapat diubah-ubah. Jenis-jenis kapasitor terdiri dari : Kapasitor Trimer Kelompok II 28

29 Kapasitor yang nilai kapasitansinya dapat diubah-ubah dengan cara memutar porosnya dengan obeng. Simbol Trimer : Gambar Kapasitor Trimer dan Simbol Kapasitor Trimer Variable Capasitor (Varco) Kapasitor yang nilai kapasitansinya dapat diubah-ubah dengan memutar porosyang tersedia. (bentuk menyerupai potensiometer) Simbol Varco : Gambar Simbol Varco Kapasitor Electrostatic Kapasitor electrostatic adalah kelompok kapasitor yang dibuat dengan bahan dielektrik dari keramik, film dan mika. Keramik dan mika adalah bahan yang popular serta murah untuk membuat kapasitor yang kapasitansinya kecil. Tersedia dari besaran pf sampai beberapa uf, yang biasanya untuk aplikasi rangkaian yang berkenaan dengan frekuensi tinggi. Termasuk kelompok bahan dielektrik film adalah bahan-bahan material seperti polyester (polyethylene terephthalate atau dikenal dengan sebutan mylar), polystyrene, polyprophylene, polycarbonate, metalized paper dan lainnya. Mylar, MKM, MKT adalah beberapa contoh sebutan merek dagang untuk kapasitor dengan bahan-bahan dielektrik film. Umumnya kapasitor kelompok ini adalah non-polar. Gambar Kapasitor Electrostatic Kapasitor Electrolytic Kelompok kapasitor electrolytic terdiri dari kapasitor-kapasitor yang bahan dielektriknya adalah lapisan metal-oksida. Umumnya kapasitor yang termasuk kelompok ini adalah kapasitor polar dengan tanda + dan - di badannya. Mengapa kapasitor ini dapat memiliki polaritas, Kelompok II 29

30 adalah karena proses pembuatannya menggunakan elektrolisa sehingga terbentuk kutup positif anoda dan kutup negatif katoda. Telah lama diketahui beberapa metal seperti tantalum, aluminium, magnesium, titanium, niobium, zirconium dan seng (zinc) permukaannya dapat dioksidasi sehingga membentuk lapisan metal-oksida (oxide film). Lapisan oksidasi ini terbentuk melalui proses elektrolisa, seperti pada proses penyepuhan emas. Elektroda metal yang dicelup kedalam larutan electrolit (sodium borate) lalu diberi tegangan positif (anoda) dan larutan electrolit diberi tegangan negatif (katoda). Oksigen pada larutan electrolyte terlepas dan mengoksidai permukaan plat metal. Contohnya, jika digunakan Aluminium, maka akan terbentuk lapisan Aluminiumoksida (Al2O3) pada permukaannya. Dengan demikian berturut-turut plat metal (anoda), lapisan-metal-oksida dan electrolyte(katoda) membentuk kapasitor. Dalam hal ini lapisan-metal-oksida sebagai dielektrik. Dari rumus (2) diketahui besar kapasitansi berbanding terbalik dengan tebal dielektrik. Lapisan metal-oksida ini sangat tipis, sehingga dengan demikian dapat dibuat kapasitor yang kapasitansinya cukup besar. Bahan electrolyte pada kapasitor Tantalum ada yang cair tetapi ada juga yang padat. Disebut electrolyte padat, tetapi sebenarnya bukan larutan electrolit yang menjadi elektroda negatif-nya, melainkan bahan lain yaitu manganese-dioksida. Dengan demikian kapasitor jenis ini bisa memiliki kapasitansi yang besar namun menjadi lebih ramping dan mungil. Selain itu karena seluruhnya padat, maka waktu kerjanya (lifetime) menjadi lebih tahan lama. Kapasitor tipe ini juga memiliki arus bocor yang sangat kecil Jadi dapat dipahami mengapa kapasitor Tantalum menjadi relatif mahal. Gambar Kapasitor Electrolytic Kapasitor Electrochemical Satu jenis kapasitor lain adalah kapasitor electrochemical. Termasuk kapasitor jenis ini adalah batere dan accu. Pada kenyataanya batere dan accu adalah kapasitor yang sangat baik, karena memiliki kapasitansi yang besar dan arus bocor (leakage current) yang sangat kecil. Tipe kapasitor jenis ini juga masih dalam pengembangan untuk mendapatkan kapasitansi yang besar namun kecil dan ringan, misalnya untuk applikasi mobil elektrik dan telepon selular. Kelompok II 30

31 Gambar Kapasitor Electrochemical Sedangkan jenis-jenis kapasitor berdasarkan dielektriknya dibagi atas : a. Kondensator keramik (Ceramic Capacitor) Bentuknya ada yang bulat tipis, ada yang persegi empat berwarna merah, hijau, coklat dan lain-lain. Dalam pemasangan di papan rangkaian (PCB), boleh dibolak-balik karena tidak mempunyai kaki positif dan negatif. Mempunyai kapasitas mulai dari beberapa piko Farad sampai dengan ratusan Nano Farad (nf). Dengan tegangan kerja maksimal 25 volt sampai 100 volt, tetapi ada juga yang sampai ribuan volt. Gambar Kapasitor keramik b. Kondensator polyester Pada dasarnya sama saja dengan kondensator keramik begitu juga cara menghitung nilainya. Bentuknya persegi empat seperti permen. Biasanya mempunyai warna merah, hijau, coklat dan sebagainya. c. Kapasitor kertas Gambar Kapasitor polyester Kapasitor kertas ini sering disebut juga kondensator padder. Misal pada radio dipasang seri dari spul osilator ke variabel condensator. Nilai kapasitas yang dipakai pada sirkuit oscilator antara lain: Kelompok II 31

32 Kapasitas 200 pf pf untuk daerah gelombang menengah (Medium Wave / MW) = 190 meter meter. Kapasitas pf pf untuk daerah gelombang pendek (Short Wave / SW) SW 1 = 40 meter meter. Kapasitas pf pf untuk daerah gelombang SW 1, 2, 3 dan 4, = 13 meter - 49 meter. Nilai kapasitasnya ada yang tertulis langsung ada juga ada pula yang memakai kode warna. Gambar Kapasitor kertas 5.TRANSFORMATOR Transformator atau trafo adalah alat untuk mengubah tegangan arus bolakbalik menjadi lebih tinggi atau lebih rendah. Sebuah transformator terdiri atas 2 bagian utama, yakni: 1. Sebuah inti besi yang terdiri atas beberapa lapisan tipis yang tersusun, dan disekat satu sama lain. 2. Dua buah kumparan yang dililitkan pada inti besi tersebut. Kumparan yang berhubungan dengan sumber tegangan listrik yang akan diubah disebut kumparan primer, sedangkan kumparan tempat terjadinya perubahan tegangan listrik disebut kumparan sekunder. Simbol Trafo : Gambar Tranformator Prinsip kerja transformator Kumparan primer dilewati arus bolak-balik sehingga timbul perubahan garis gaya magnet atau medan magnet. Perubahan medan magnet dari kumparan sekunder sehingga antara ujung-ujung kumparan sekunder timbul ggl induksi. Kelompok II 32

33 6.SELENOIDA LABORATORIUM MEKATRONIKA Selenoida adalah alat yang dignakan untuk mengubah sinyal listrik atau arus listrik menjadi gerakan mekanis linier. Terbentuk dari kumparan dengan inti besi yang dapat bergerak, besarnya gaya tarikan atau dorongan yang dihasilkan adalah ditentukan dengan jumlah lilitan kumparan tembaga dan besar arus yang mengalir melalui kumparan. Aspek penting pada selenoida adalah sentakan. Sentakan kecil akan dihasilkan tinkat operasi yang tinggi dan daya yang dibutuhkan juga lebih sedikit. 7.RELAY Gambar Simbol dan Gambar selenoida Relay adalah saklar (switch) elektrik yang bekerja berdasarkan medan magnet. Relay terdiri dari suatu lilitan dan switch mekanik. Switch mekanik akan bergerak jika ada arus listrik yang mengalir melalui lilitan. Susunan kontak pada relay adalah: Normally Open : Relay akan menutup bila dialiri arus listrik. Normally Close : Relay akan membuka bila dialiri arus listrik. Changeover : Relay ini memiliki kontak tengah yang akan melepaskan diri dan membuat kontak lainnya berhubungan. Simbol Relay : Gambar Simbol dan Gambar Relay 8.IC (Integrated Circuit) IC (Integrated Circuit) adalah nama lain chip. IC adalah piranti elektronis yang dibuat dari material semikonduktor. IC atau chip merupakan cikal Kelompok II 33

34 bakal dari sebuah komputer dan segala jenis device yang memakai teknologi micro-controller lainnya. IC dipergunakan untuk bermacammacam piranti, termasuk televisi, telepon seluler, komputer, mesin-mesin industri, serta berbagai perlengkapan audio dan video. Kelompok II 34

35 2.3 Rangkaian Penyearah Fungsi penyearah gelombang LABORATORIUM MEKATRONIKA Rangkaian penyearah berfungsi untuk mengubah tegangan AC menjadi DC. Pada rangkaian penyearah yang hanya menggunakan dioda penyearah masih memiliki sinyal AC sehingga belum searah seperti tegangan DC dalam baterai. Sinyal AC yang tidak diperlukan ini dinamakan Sinyal Ripple. Faktor Ripple adalah perbandingan antara tegangan Ripple dengan tegangan DC yang dihasilkan. r = ( V r / V DC ). 100 % Untuk memperkecil nilai Ripple dapat digunakan Filter Capasitor. Jenis penyearah gelombang Penyearah setengah gelombang Masukan AC menghasilkan GGL bolak-balik pada bagian sekunder transformator, yang berusaha mendorong arus melalui rangkaian sekunder. Saat pertama ke satu arah dan kemudian kearah yang berlawanan secara bergantian. Nilai tegangan puncak input transformator : V RMS = V r / 2 Tegangan rata-rata pada penyearah setengah gelombang. V DC = V p / = 0,318. V p Frekuensi output = F. N Kelompok II 35

36 Gambar rangkaian penyearah setengah gelombang Penyearah gelombang penuh LABORATORIUM MEKATRONIKA Gambar rangkaian penyearah gelombang penuh Penyearah gelombang penuh memanfaatkan kedua setengah siklus gelombang AC frekuensi daya. Tegangan positif phasa yang berikutnya dilewatkan melalui D 2 berbeban R 1 dengan CT transformator sebagi ground. Dengan demikian beban R 1 mendapat supply tegnaga gelombang penuh. Tegangan rata-rata D c pada pnyearah gelombang : V DC = V p / π Kelompok II 36

37 Frekuensi output = 2 ( FN ) LABORATORIUM MEKATRONIKA. Penyearah gelombang dengan jembatan Dioda Gambar rangkaian dengan jembatan dioda. Penyearah gelombang dengan kapasitor Gambar rangkaian dengan kapasitor Kelompok II 37

38 Dioda Dalam elektronika, dioda adalah komponen aktif bersaluran dua (dioda termionik mungkin memiliki saluran ketiga sebagai pemanas). Dioda mempunyai dua elektroda aktif dimana isyarat listrik dapat mengalir, dan kebanyakan dioda digunakan karena karakteristik satu arah yang dimilikinya. Bias Dioda Bias maju dioda Jika Anoda dihubungkan pada polaritas positif baterai, sedangkan katoda pada polaritas negatif, maka keadaan dioda tersebut arah ( forward bias ) aliran arus menuju katoda dan aksinya sama dengan rangkaian tertutup. Gambar rangkaian bias maju dioda Bias mundur dioda Jika katoda dihubungkan pada polaritas positif sedangkan anoda pada polaritas negative, maka keadaan tersebut arah mundur ( reverse bias ) dan aksinya sama dengan rangkaian terbuka. Kelompok II 38

39 Gambar rangkaian bias mundur dioda Jenis Dioda Dioda Zener Gambar simbol Dioda Zener Gambar Dioda Zener Fenomena tegangan breakdown meglhami pembuatan komponen elektronika lainnya yang dinamakan Zener. Jika biasanya pada diode terjadi breakdown pada tegangan satuan volt, pada zener terjdi pada puluhan dan satuan volt.dioda zener Kelompok II 39

40 ini adalah karakteristik yang unik. Jika diode berada pada bias maju maka zener pada bias mundur. Light Emiting Dioda ( LED ) Gambar simbol LED Gambar LED Merupakan komponen yang mengeluarkan energy cahaya. Elektronnya menerjang sambungan P-N nya juga melepaskan energy berupa panas dan cahaya. Dioda Foto Gambar simbol dioda foto Gambar dioda foto Jenis diode intuk mendeteksi cahaya. Dioda ini merobah energy chaya menjadi besaran listrik. Mulai dari cahaya infra red, cahaya tampak, ultraviolet (UV), sinar x ( X-Ray ).. Dioda Laser Kelompok II 40

41 Gambar mouse yang menggunakan dioda laser Sejenis laser dimana alatnya berupa semi konduktor persimpangan P-N yang mirip dengan yang terdapat pada alat pemancar cahaya. Biasanya dikenal dengan LD atau LiD.. Kapasitor Gambar simbol kapasitor Kondensator atau sering disebut sebagai kapasitor adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Kondensator memiliki satuan yang disebut Farad dari nama Michael Faraday. Kondensator juga dikenal sebagai "kapasitor", namun kata "kondensator" masih dipakai hingga saat ini. Va + Vb - + Q - Q Gambar kapasitor sederhana Kelompok II 41

42 Kapasitor Elektrostatik Gambar berbagai macam simbol kapasitor Gambar kapasitor Elektrostatik Sekelompok kapasitor yang dubuat dari bahan dielektrik yang berupa keramik, film, mika yang tipe kapasitasnya kecil. Tersedia dari besaran pf sampai beberapa µf, yang biasanya untuk aplikasi rangkaian yang berkenaan dengan frekuensi tinggi. Termasuk kelompok bahan dielektrik film adalah bahan-bahan material seperti polyester (polyethylene terephthalate atau dikenal dengan sebutan mylar), polystyrene, polyprophylene, polycarbonate, metalized paper dan lainnya. Mylar, MKM, MKT adalah beberapa contoh sebutan merek dagang untuk kapasitor dengan bahan-bahan dielektrik film. Umumnya kapasitor kelompok ini adalah non-polar. Kapasitor Elektrolitik Kelompok II 42

43 Gambar simbol kapasitor electrolytic Terdiri dari kapasitor yang bahan dielektriknya bukan lapisan metaklorida. Umumnya kapasitor polen. Kapasitor ini emiliki polaritas karena proses pembuatannya menggunakan elektrin sehingga terbentuk kutub positif dan negatif. Umumnya kapasitor yang termasuk kelompok ini adalah kapasitor polar dengan tanda + dan di badannya. Mengapa kapasitor ini dapat memiliki polaritas, adalah karena proses pembuatannya menggunakan elektrolisa sehingga terbentuk kutub positif anoda dan kutub negatif katoda. Telah lama diketahui beberapa metal seperti tantalum, aluminium, magnesium, titanium, niobium, zirconium dan seng (zinc) permukaannya dapat dioksidasi sehingga membentuk lapisan metal-oksida (oxide film). Lapisan oksidasi ini terbentuk melalui proses elektrolisa, seperti pada proses penyepuhan emas. Elektroda metal yang dicelup ke dalam larutan elektrolit (sodium borate) lalu diberi tegangan positif (anoda) dan larutan electrolit diberi tegangan negatif (katoda). Oksigen pada larutan electrolyte terlepas dan mengoksidasi permukaan plat metal. Contohnya, jika digunakan Aluminium, maka akan terbentuk lapisan Aluminium-oksida (Al 2 O 3 ) pada permukaannya. Gambar kapasitor elektrolitik Kelompok II 43

44 Kapasitor Elektrochemical Gambar kapasitor electrochemical Contoh pada ACCU dan baterai,memiliki tingkat kebocoran arus yang sangat rendah dan kapasitasnya besar. Satu jenis kapasitor lain adalah kapasitor electrochemical. Termasuk kapasitor jenis ini adalah battery dan accu. Pada kenyataannya battery dan accu adalah kapasitor yang sangat baik, karena memiliki kapasitansi yang besar dan arus bocor (leakage current) yang sangat kecil. Tipe kapasitor jenis ini juga masih dalam pengembangan untuk mendapatkan kapasitansi yang besar namun kecil dan ringan, misalnya untuk aplikasi mobil elektrik dan telepon selular. Hukum Coulomb Hukum Coulomb adalah hukum yang menjelaskan hubungan gaya yang timbul antara duat titik muatan, yangb terpisahkan jarak tertentu dengan nilai muatan dan jarak pisah muatannya. F = k (( Q 1. Q 2 ) / r 2 )) Hukum ini menyatakan apabila terdapat dua buah titik muatan akan timbul gaya antara keduanya, yang besarnya sebanding denagn perkalian dua muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak anyara kedua muatan. Muatan berbeda akan menyebabkan terjadinyan tarik menarik Hukum Ohm Kelompok II 44

45 Jika suatu arus melalui suatu penghantar maka kekuatan arus tersebut adalah sebanding selaras dengan tegangan listrik yang terdapat diantara kedua penghantar. Untuk memperkecil nilai ripple dapat digunakan filter kapasitor. Semakin besar nilai ripple makin kecil nilai kapasitasnya. Ohm mengekspresikan temuan-nya tentang bagaimana hubungan antara arus, tegangan, dan resistansi dalam sebuah persamaan sederhana. V = I x R Dimana V merupakan tegangan listrik yang diukur dalam satuan Volt (V), I merupakan arus listrik yang diukur dalam satuan Ampere (A), dan R merupakan resistansi yang diukur dalam satuan Ohm (Ω). Pada ilustrasi gambar rangkaian di atas diketahui bahwa rangkaian memiliki tegangan sebesar 12V dan resistansi beban sebesar 5Ω sedangkan arus listrik-nya tidak diketahui. Untuk mengetahui-nya gunakan persamaan hukum Ohm dengan sedikit modifikasi. Untuk mengetahui arus listrik jika tegangan dan resistansi-nya diketahui adalah. I = 12V / 5Ω I = 2.4 Ampere Jadi arus listrik yang mengalir pada rangkaian di atas adalah 2.4 Ampere Arus AC dan Arus DC Seperti yang telah di jelaskan sebelumnya, bahwa komponen elektronika memerlukan arus untuk dapat bekerja atau juga tegangan listrik, agar supaya komponen tersebut dapat bekerja, dalam kesempatan ini saya akan menerangkan perbedaan anatara arus listrik AC dan Arus listrik DC. Kelompok II 45

46 Arus AC (Alternating Curren) LABORATORIUM MEKATRONIKA Arus AC atau kepanjangan dari Alternating Curren adalah arus yang sipatnya mempunya dua arah atau lebih di kenal dengan sebutan arus bolak-balik yang tidak memiliki sisi negatif, dan hanya mempunya ground (bumi). Arus AC biasa di gunakan untuk tegangan listrik PLN sebesar misalnya 220 Volt 50 hezh. ini adalah tegangan standard untuk Indonesia, beda halnya dengan standard Tegangan untuk Negara lainnya. oleh karena itu belum tentu elektronika-elektronka yang ada di indonesia dapat di operasikan di negara lain, seperti misalnya TV buatan indonesia untuk di konsusmsi di Indonesia nah kali kita bawa ke negara lain belum tentu bisa di operasikan, di karnakan beda untuk tegangan jala-jala listriknya. Arus AC ini biasanya di dapat dari generator listrik dimana generator listrik ini dapat di operasikan melalu beberapa cara untuk menggerakkannya, seperti PLTU (PEmbangkit Listrik Tenaga UAp), PLTG ( Pembangkit Listrik Tenaga Gas) dan lainnya-lainnya. banyak hal yang dapat kita gunakan untuk menggerakkan Generator listrik sebagai media untuk penggeraknya, misalnya saja kita bisa memanfaatkan aliran air di sungai, ataupun aliran air terjun dan sebagainya. Nah dari generator listrik inilah nantinya tegangan-tegangan yang di hasilkan akan kecilkan lagi yang umumnya menggunakan trafo pembagi tegangan. kalo kamu pernah liat di tiang-tiang listrik ada terdapat beberapa trafo, nah trafo inilah yang nantinya menghasilkan tegangan standard 220 Volt. yang dapat di konsumsi oleh kita dan peralatan elektronika lainnya. Arus DC ( Direct Current ) Arus DC atau kepanjangan dari Direct Curren adalah merupakan arus searah dimana arus ini harus benar-benar searah dan memiliki kutup positif dan negatif atau lebih dikenal lagi plush minusnya simbul + dan simbul -, Arus CD disini benar-benar sudah disearahkan dengan menggukanan rangkaian penyearah seperti adaftor, fungsi penyearah disini dipakai untuk komponen-komponen elektronika Kelompok II 46

47 seperti: IC, Resistor, Capasitor, Transistor dan lainnyanya yang semuanya itu menggunakan arus searah. Jadi kesimpulannya bahwa arus AC itu di gunakan untuk rangkain-rangkain AC dan Arus DC itu digunakan untuk Rangkaian-rangkain DC, seperti Elektronika berupa TV, RADIO, TAPE dan lainnya. kedua arus tersebut sangat berkesinambungan dan saling membantu untuk dunia Elektronika dan lainlainnya. Voltage Regulator Regulator Voltage berguna untuk filter tegangan agar sesuai dengan keinginan. Oleh karena itu biasanya dalam rangkaian power supply maka IC Regulator tegangan ini selalu dipakai untuk stabilnya outputan tegangan. Berikut susunan kaki IC regulator tersebut. Kelompok II 47

48 78xx untuk regulator positif 78xx untuk regulator negatif LABORATORIUM MEKATRONIKA *Apabila pemasangannya terbalik dalam rangkaian saat menyolder, dimungkinkan terjadi sort korsleting pada komponen atau tidak ada tegangan yang keluar. Kelompok II 48

49 2.4 Operational Amplifier Defenisi Operational Amplifier Penguat operasional (operational amplifier) atau yang biasa disebut op-amp merupakan suatu jenis penguat elektronika dengan sambatan (coupling) arus searah yang memiliki bati (gain) sangat besar dengan dua masukan dan satu keluaran. Penguat operasional pada umumnya tersedia dalam bentuk sirkuit terpadu dan yang paling banyak digunakan adalah seri 741. Penguat operasional adalah perangkat yang sangat efisien dan serba guna. Contoh penggunaan penguat operasional adalah untuk operasi matematika sederhana seperti penjumlahan dan pengurangan terhadap tegangan listrik hingga dikembangkan kepada penggunaan aplikatif seperti komparator dan osilator dengan distorsi rendah. Penguat operasional dalam bentuk rangkaian terpadu memiliki karakteristik yang mendekati karakteristik penguat operasional ideal tanpa perlu memperhatikan apa yang terdapat di dalamnya. Karakteristik penguat operasional ideal adalah: Bati tegangan tidak terbatas. Impedansi masukan tidak terbatas. Impedansi keluaran nol. Lebar pita tidak terbatas. Tegangan ofset nol (keluaran akan nol jika masukan nol) Bagian Bagian Operatioonal Amplifier Kelompok II 49

50 Gambar Bagian Bagian Op-Amp Pada diagram skema di atas digambarkan susunan bagian dalam sirkuit terintegrasi penguat operasional seri 741. Nomor-nomor yang terdapat di dekat terminal pada gambar menunjukkan nomor kaki terminal pada sirkuit terintegrasi 741 jenis 8-pin. Pin nomor 8 tidak terhubung dengan sirkuit. Ada beberapa hal menarik tentang sirkuit internal 741. Yang pertama adalah transistor masukan terhubung dengan konfigurasi pengikut emiter NPN yang keluarannya terhubung secara langsung kepada sepasang transistor PNP yang terkonfigurasi sebagai penguat basis bersama. Konfigurasi ini memisahkan masukan dan mencegah sinyal umpan balik yang mungkin memiliki efek berbahaya yang bergantung pada frekuensi. Pasangan transistor pada bagian yang diwarnai dengan warna merah pada diagram disebut cermin arus, di mana basis terhubung langsung dengan kolektor pada salah satu transistor dari tiap pasangan dan kedua transistor saling terhubung pada emiter. Penggunaan cermin arus pada sirkuit masukan, yaitu pasangan transistor Q8 dan Q9 serta pasangan Q12 dan Q13, memungkinkan masukan menerima ayunan tegangan ragam bersama tanpa melewati rentang daerah aktif tiap transistor dalam sirkuit. Sedangkan cermin arus ketiga, yaitu pasangan transistor Q10 dan Q11 membentuk cermin arus yang agak berbeda dengan resistor bernilai 5 KΩ terhubung secara seri dengan emiter membatasi arus kolektor menjadi hampir nol sehingga dapat menjadi hubungan impedansi tinggi kepada catu daya negatif dan tidak membebani sirkuit masukan. Keunikan lain dalam sirkuit internal ditunjukkan dengan warna hijau, di mana kedua resistor bias transistor terhubung sedemikian hingga tidak terlihat Kelompok II 50

51 adanya sinyal masukan kepada basis transistor. Bila diasumsikan tidak ada arus basis yang mengalir pada transistor, dan nilai VBE sebesar 0,,625 Volt maka menurut hukum Ohm akan diperlukan arus sebesar 0,625 V 7,5 KΩ = 0,0833 ma melalui resistor antara basis dan kolektor. Arus tersebut juga harus mengalir melalui resistor antara basis dan emiter sehingga menimbulkann tegangan jepit sebesar 0,0833 ma 4,5 KΩ = 0,375 V sehingga menghasilkann total tegangan jepit melalui dua resistor sebesar 0,625 V + 0,375 V = 1,0 V. Hal ini digunakan untuk memberikan beda tegangan internal sebesar 1 Volt berapa pun tegangan keluaran keseluruhan sirkuit Notasi Sirkuit Simbol penguat operasional pada rangkaian seperti pada gambar di samping, di mana: : masukan non-pembalik : masukan pembalik : keluaran : catu daya positif : catu daya negatif Catu daya padaa notasi penguat operasional seringkali tidak dicantumkan untuk memudahkan penggambaran rangkaian Karakteristik OP-AMP Operational Amplifier merupakan amplifier multiusage dangann dua masukan (inverting dan noninverting) dan satu keluaran. Sebagai amplifier ideal op-amp mempunyai karakteristik sbb: Ditentukan oleh umpan balik dan mempunyai sifat : Penguatan tegangan besar (Av) Penguatan arus besar (Ai) Penguatan daya besar (Ap) Impendansi input besar (Zin) Kelompok II 51

52 Impendansi output kecil (Zout) Band Width besar (BW) Cirinya mempunyai tegangan +, tegangan dan ground. Mempunyai input inverting dan non Inverting Kelompok II 52

53 2.4.5 Aplikasi Sirkuit LABORATORIUM MEKATRONIKA Terdapat banyak sekali penggunaan dari penguat operasional dalamam berbagai jenis sirkuit listrik. Di bawah ini dipaparkan beberapa penggunaan umum dari penguat operasional dalam contoh sirkuit: Pembanding (comparator) Simbol Komparator Merupakan salah satu aplikasi yang memanfaatkan bati simpal terbuka (open-loop gain) penguat operasional yang sangat besar. Ada jenis penguat operasional khusus yang memang difungsikan semata-mata untuk penggunaan ini dan agak berbeda dari penguat operasional lainnya dan umum disebut juga dengan komparator (comparator). Komparator membandingkan dua tegangan listrik dan mengubah keluarannya untuk menunjukkan tegangan mana yang lebih tinggi. di mana Vs adalah tegangan catu daya dan penguat operasional beroperasi di antara + Vs dan Vs..) Penguat pembalik (Inverting amplifier) Kelompok II 53

54 Simbol Penguat pembalik LABORATORIUM MEKATRONIKA Sebuah penguat pembalik menggunakan umpan balik negatif untuk membalik dan menguatkan sebuah tegangan. Resistor Rf melewatkan sebagian sinyal keluaran kembali ke masukan. Karena keluaran taksefase sebesar 180, maka nilai keluaran tersebut secara efektif mengurangi besar masukan. Ini mengurangi bati keseluruhan dari penguat dan disebut dengan umpan balik negatif. Di mana, (karena adalah bumi maya (virtual ground) Sebuah resistor dengan nilai, ditempatkan di antara masukan non-pembalik dan bumi. Walaupun tidak dibutuhkan, hal ini mengurangi galat karena arus bias masukan. Bati dari penguat ditentukan dari rasio antara Rf dan Rin, yaitu: Tanda negatif menunjukkan bahwa keluaran adalah pembalikan dari masukan. Contohnya jika Rf adalah Ω dan Rin adalah Ω, maka nilai bati adalah Ω / 1.000Ω, yaitu Penguat non-pembalik (Non inverting amplifier) Simbol Penguat non-pembalik Rumus penguatan penguat non-pembalik adalah sebagai berikut: Kelompok II 54

55 atau dengan kata lain: LABORATORIUM MEKATRONIKA Dengan demikian, penguat non-pembalik memiliki bati minimum bernilai 1. Karena tegangan sinyal masukan terhubung langsung dengann masukan pada penguat operasional maka impedansi masukan bernilai Penguat diferensial (Differential amplifier) Simbol Penguat diferensial Penguat diferensial digunakan untuk mencari selisih dari dua tegangan yang telah dikalikan dengan konstanta tertentu yang ditentukan oleh nilai resistansi yaitu sebesar untuk dan. Penguat jenis ini berbeda dengan diferensiator. Rumus yang digunakan adalah sebagai berikut: Sedangkan untuk R1 = R2 dan Rf = Rg maka bati diferensial adalah: Kelompok II 55

56 Penguat penjumlah (summing amplifier) LABORATORIUM MEKATRONIKA Simbol Penguat penjumlah Penguat penjumlah menjumlahkan beberapa tegangan masukan, dengan persamaan sebagai berikut: Saat, dan Rf saling bebas maka: Saat, maka: Keluaran adalah terbalik. Impedansi masukan dari masukan ke-n adalah bumi maya) (di mana adalah Integrator Kelompok II 56

57 Simbol Integrator Penguat ini mengintegrasikan tegangan masukan terhadap waktu, dengan persamaan: di mana adalah waktu dan adalah tegangan keluaran padaa. Sebuah integrator dapat juga dipandang sebagai tapis pelewat-tinggi dan dapat digunakan untuk rangkaian tapis aktif Diferensiatorr Simbol Diferensiator Mendiferensiasikan sinyal hasil pembalikan terhadap waktu dengan persamaan: di mana dan adalah fungsi dari waktu. Pada dasarnya diferensiator dapat juga dibangun dari integrator dengan cara mengganti kapasitor dengan induktor, namun tidak dilakukan karena harga induktor yang mahal dan bentuknya yang besar. Diferensiator dapat juga dilihat sebagai tapis pelewat-rendah dan dapat digunakan sebagai tapis aktif Aplikasi Modul OP-01 sebagai Rangkaian Pengkondisi Sinyal Perkembangan teknologi mikrokontroler dan digital dewasa ini semakin pesat. Berbagai macam jenis mikrokontroler, peripheral maupun IC-IC Digital Kelompok II 57

58 semakin mempermudah para praktisi dalam membuat sebuah disain. Walau demikian teknologi analog tetap tidak dapat ditinggalkan. Beberapa aplikasi tertentu seperti sensor dan alat ukur seringkali masih membutuhkan teknologi analog. Seringkali para praktisi menganggap bahwa hubungan antara dunia analog dan dunia digital dapat dilakukan dengan mudah hanya dengan sebuah ADC (Analog to Digital Converter) dan DAC (Digital to Analog Converter). Namun kenyataannya tidaklah selalu demikian. ADC maupun DAC hanya cocok untuk aplikasi instrumentasi yang melakukan pengukuran terhadap besaran analog (dalam bentuk tegangan) atau sebaliknya membangkitkan besaran analog (dalam bentuk tegangan) dari besaran digital (dalam bentuk data). Beberapa aplikasi lain seperti sensor tidak harus menggunakan ADC, melainkan sebuah Rangkaian Pengkondisi Sinyal, yang akan mengubah sinyal menjadi kondisi? true? atau? false?. Selain itu untuk pengukuran besaran analog yang sangat kecil (dalam ordo mili volt) rangkaian ini juga dapat membantu ADC sebagai penguat sehingga tegangan tersebut dapat diterima dengan ADC. Modul OP-01 Universal Op Amp yang terdiri dari 8 buah Op Amp di mana masing-masing Op Amp dapat diubah menjadi mode Non Inverting Amplifier maupun Comparator. Bahkan dengan sedikit penambahan komponen eksternal, modul ini juga dapat berfungsi sebagai Subtractor maupun Adder. Pengaturan mode dari tiap-tiap Op Amp dilakukan dengan memindahmindah posisi jumper seperti yang ada pada tabel berikut Tabel 1 Pengaturan Mode Op Amp Kelompok II 58

59 Untuk mode comparator di mana keluaran terjadi dalam bentuk? true? Atau? false? yaitu logika 1 atau 0, maka pengguna dapat melihatnya dalam bentuk tampilan LED 8 bit yang ada pada Modul OP-01. Hal ini dilakukan dengan memasang jumper JP10 yang mengakibatkan keluara op amp terhubung dengan IC buffer yang meneruskan ke tampilan LED 8 bit. Kondisi logika 1 akan ditandai dengan aktifnya LED pada posisi Op Amp tersebut. Gambar 2 rangkaian Kelompok II 59

60 Tata letak Modul OP-01 LABORATORIUM MEKATRONIKA Untuk mode non inverting amplifier ataupun comparator, Modul OP-01 ini mempunyai 8 buah input yang dimulai dari AIN0 (Analog Input 0), Ain1 (Analog Input 1), AIN2 (Analog Input 2), AIN3 (Analog Input 3), AIN4 (Analog Input 4), AIN5 (Analog Input 5), AIN6 (Analog Input 6), AIN7 (Analog Input 7) Mode Comparator Mode ini digunakan untuk mendeteksi adanya perubahan level tegangan tertentu menjadi logika 0 atau 1. Contohnya apabila sebuah sensor yang menghasilkan ayunan tegangan antara 2 hingga 3 volt saja, maka tegangan pembanding harus diatur berada di posisi di antara 2 dan 3 volt. Hal ini dilakukan dengan memutar variabel resistor pengatur tegangan pembanding untuk setiap op amp. P2 digunakan untuk Op Amp 1, P4 untuk Op Amp 2, P6 untuk Op Amp 3, P8 untuk Op Amp 4, P10 untuk Op Amp 5, P12 untuk Op Amp 6, P14 untuk Op Amp 7 dan P16 untuk Op Amp Mode Non Inverting Amplifier Mode ini digunakan untuk menguatkan sinyal dengan penguatan hingga lebih dari 100x sinyal input. Penguatan dilakukan dengan memutar variabel resistor pengatur penguatan untuk setiap Op Amp. P1 untuk Op Amp 1, P3 untuk Op Amp 2, P5 untuk Op Amp 3, P7 untuk Op Amp 4, P9 untuk Op Amp 5, P11 untuk Op Amp 6, P13 untuk Op Amp 7 dan P15 untuk Op Amp 8. Selain variabel resistor-variabel resistor tersebut, variabel-variabel resistor yang berfungsi sebagai pengatur tegangan pembanding untuk setiap op amp juga dapat digunakan sebagai pengatur penguatan. Penguatan dari Non Inverting Amplifier ini adalah (1+P1/P2) x V AIN0 untuk Op Amp 1. Oleh karena itu bila P2 diputar hingga mencapai 1K dan P1 diputar hingga mencapai 1M, maka penguatan dapat mencapai 1001 x tegangan input. Kelompok II 60

61 Gambar Modul OP-01 Dengan adanya mode non inverting amplifier maupun mode comparator, maka Modul OP-01 dapat digunakan menjadi berbagai macam aplikasi rangkaian pengkondisi sinyal seperti sensor opto coupler, PIR Detector, penguat sinyal, sensor infra untuk line tracer, zero crossing detector dan masih banyak lagi aplikasi-aplikasi lainnya. Kelompok II 61

62 2.4 Motor Motor Listrik LABORATORIUM MEKATRONIKA Motor listrik terdiri dari rotor (bagian yang bergerak), stator (bagian yang diam). Pada stator terdapat inti magnet, sedangkan pada stator terdapat koil yang berfungsi sebagai magnet listik apabila dialirkan arus. Motor diklasifikasikan menjadi dua jenis yaitu AC (arus searah) dan DC (arus bolak balik) Motor DC Motor DC merupakan salah satu jenis aktuator yang paling banyak digunakan dalam industri ataupun sistem robot. Prinsip kerja motor ini menggunakan magnet untuk menghasilkan kerja yaitu putaran. Motor DC terdiri dari armature yang berputar dan bagian magnet sebagai stator (bagian yang diam). Arus yang datang melalui sikat sehingga akan menyebabkan motor berputar.bagian magnet pada stator bisa menggunakan electromagnet dan magnet permanent. Motor DC dengan stator electromagnet dibagi menjadi 3 jenis, yaitu motor seri, motor shunt dan motor compound. Motor seri memiliki artmature yang dihubungkan dengan electromagnet secara seri. Motor jenis ini memiliki karakteristik torque yang tinggi pada putaran awal. Jenis motor shunt antara armature dan electromagnet terhubung secara parallel. Pengaturan pada motor ini lebih mudah dibandingkan dengan motor seri. Pada motor compound memiliki kombinasi seri dan parallel pada armature dan electromagnet. Kelompok II 62

63 Gbr.Prinsip kerja motor DC Gambar di atas dapat di jelaskan sebagai berikut : Gambar a. Saat koil atau lilitan dalam armature dialiri arus listrik maka armature akan menjadi magnet, sehingga sisi armature sebelah kiri menjadi magnet kutub utara dan sisi armature sebelah kanan menjadi magnet kutub selatan. Akibatnya magnet stator dan magnet rotor (armature)akan saling bertolak belakang sehingga armature akan berputar. Gambar b. Armature masih bergerak dan sampai pada posisi vertical tegak lurus tepat pada bidang non-magnet sehingga armature akan terus bergerak. Gambar c. Armature bergerak sampai pada posisi kutub yang berpasangan (kutub utara armature dengan kutub utara stator dan kutub selatan armature dengan kutub selatan stator). Kemudian komutator membalik arus yang menuju armature sehingga bidang magnet pada armature berubah. Akibatnya kutub utara armature bertemu dengan kutub utara stator dan kutub selatan armature bertemu kutub selatan stator sehingga saling bertolak belakang dan menyebabkan armature (rotor) berputar kembali Motor AC Motor AC merupakan jenis motor yang banyak digunakan pada dunia modern sekarang ini. Walaupun motor AC sebagian besar digunakan untuk memutarkan peralatan yang membutuhkan kecepatan konstan tetapi penggunaan dengan control kecepatan mulai sering dilakukan dalam berbagai aplikasi industri. Kelompok II 63

64 Gbr.Prinsip kerja motor AC Kelebihan dari motor AC adalah sebagai berikut : 1. Efisiensi tinggi 2. Kehandalan yang tinggi 3. Perawatan yang mudah ; Perawatan menjadi mudah karena motor AC tidak menggunakan sikat yang secara periodic harus diganti. 4. Harga yang relativ murah.;harga yang murah dibandingkan dengan motor DC dikarenakan motor AC tidak menggunakan sikat sebagaimana sikat yang digunakan pada motor DC. Motor AC tidak menggunakan rectifier seperti pada motor DC. Disamping kelebihan diatas motor AC memiliki kelemahan pada pengontrolannya. Motor AC dibuat untuk menghasilkan kecepatan yang konstan (tetap) sehingga untuk menghasilkan putaran yang bervariasi memerlukan sistem control yang cukup rumit. Pada motor DC system control dibuat dengan mengatur tegangan sedangkan pada motor AC untuk menghasilkan kecepatan yang bervariasi dengan mengatur tegangan dan frekuensi. Walaupun motor AC memiliki kelemahan terebut di atas, tetapi aplikasi motor yang tidak membutuhkan variasi kecepatan banyak ditemukan dindustri,seperti kipas, pompa, mixer dan peralatan rumah tangga lainnya. Gbr.aplikasi motor AC Kelompok II 64

65 2.5.3 Motor Stepper Defenisi Motor stepper atau bisa disebut motor langkah merupakan salah satu jenis dari motor DC. Perbedaan dengan motor DC biasa adalah motor stepper memiliki langkah putaran tergantung pada jumlah stator. Langkah menggunakan derajat putaran, mulai dari 0 0 sampai Bagian motor steper, rotor merupakan magnet yang permanent sedangkan pada bagian stator menggunakan electromagnet. Rotor akan bergerak bila masing masing stator menjadi magnet dengan dialiri arus listrik. Gerak putaran rotor langkah demi langkah berputar menuju sesuai dengan kemagnetan stator. Apabila semua stator telah menjadi magnet maka rotor dapat menyelesaikan satu putaran. Gbr.motor stepper/motor langkah Motor steper banyak digunakan dalam berbagai aplikasi peralatan yang memiliki ketapatan putaran yang tinggi seperti dalam bidang robot sehingga tidak memerlukan sensor untuk menentukan posisi. Dengan menjumlahkan sudut maka akan didapat berapa posisi yang dikehendaki dari peralatan. Besarnya langkah tergantung pada jumlah stator sehingga tidak ada peningkatan galat (error) dari posisi putaran motor. Motor steper dibagi menjadi tiga jenis yaitu Kelompok II 65

66 motor steper magnet permanent, motor steper variable relucatance dan jenis motor steper hybrid. Masing masing memiliki perbedaan dalam penggunaannya Sistem operasi motor stepper magnet permanent Motor Stepper magnet permanent bekerja berdasarkan interaksi antara fluks magnet rotor dengan gaya gerak magnet yang dubangkitkan oleh arus yang mengalir pada belitan stator. Pola sederetan titik keseimbangan yang berlaku stabil pada seputar motor. Poros akan bergerak ke arah kutub yang terdekat. Bila pengaliran arus kumparan rotor yang diberikan secara berurutan, maka rotor akan bergerak mengikuti titik keeseimbangan dan berputar sesuai dengan perubahan pola atau disebut juga dengan switching mode. Gbr. switching mode Gambar diatas memperlihatkan struktur motor steper yang paling sederhana. Bila arus melalui kumparan αα i, maka rorot akan bergerak 90 o pada arah yang sesuai Kelompok II 66

67 dengan arah arus. Pengaliran arus pada kombinasi kumparan α dan β yang akan menghasilkan interval 45 o. Posisi rotor tergantung pada kumparan yang dialiri oleh arus urutan pemberian arus. Bila setiap saat kumparan yang diberi arus motor yang memiliki 4 posisi stabil dengan besar sudut steeper 90 o. Sudut steeper menjadi 45 o apabila 2 kumparan dialiri arus yang sama. Pola pemberian daya stator yang umum dipakai dikelompokkan menjadi tiga. Pembagian tersebut berdasarkam mode switching. Adalah suatu cara yang digunakan untuk menggerakkan motor stepper, yaitu: 1. Model switching A 2. Model switching B 3. Model switching C Proses switching untuk Pengendalian Motor Stepper kali ini adalah mode switching B, yang diatur dengan program pada computer. Pola bit switching motor stepper dapat dilihat pada table dibawah ini: Table Pola bit switching Berdasarkan konstruksi rotornya, motor stepper dapat dikelompokkan menjadi 5: 1. Motor Stepper tipe Variable Reluktansi Kelompok II 67

68 2. Motor Stepper tipe Magnet Permanent 3. Motor Stepper tipe Hibrid 4. Motor Stepper tipe Claw Tootch 5. Motor Stepper tipe Magnet Piringan LABORATORIUM MEKATRONIKA Motor Stepper Variabel Reluktansi Variabel reluktansi motor adalah sebuah stator, yang merupakan bagian dari wound poles (katup). Rotor berbentuk silinder. Untuk bagian dari gigi memiliki hubungan dengan katup stator dan dengan gigi itu sendiri (stator tidak boleh memiliki gigi). Nomor dari gigi akan menentukan perbedaan sudut yang dibutuhkan (ditunjukkan oleh gambar 9-4). Tipe sebuah motor VR ditunjukan pada gambar 9-5 dimana aliran arus sudah layak mengaliri lilitan kumparan motor. Tenaga putar (sumber Listrik) akan menghasilkan langkah yang berupa pemutar rotor pada posisi tidak terhubung garis edar minimum magnet. Gambar 9-4. Penampang atas dari Variabel Reluktansi motor Kelompok II 68

69 Pada posisi ini listrik statis akan menjadi stabil pada tenaga putar tanpa tekanan yang diperlukan untuk memindahkan rotor dari posisi stabil.partikular ini tidak akan berada pada satu posisi absolut. Pada rata-rata motor banyak posisi stabil memberi energi untuk stator.yang mana sebuah perbedaan energi akan mengatur lilitan untuk tidak terhubung pada sumber statorakan mengubah medan magnet karena rotor pada posisi yang baru. Gambar 9-5. Langkah VR motor (potongan melintang stator memperlihatkan lilitan berfasa tunggal yang lengkap) A) tiga fasa melilit B) tiga fasa pemasangan kawat koreksi C) tiga fasa tabel eksitasi rangkap D) pijakan bentuk gelombang Pemilihan urutan energizing yang tepat dari melilit membuat posisiposisi yang stabil dan berputar dengan lembut di stator poles, menentukan kecepatan putaran dan pengaturanmpada rotor. Ketika pola yang diberi tenaga, posisi rotor perlahan mengubah pola energisasi kumparan. Kelompok II 69

70 Gambar 9-5 (c), ilustrasi modus-modus pembangkitan yang menghasikan suatu patokan sudut langkah yang nominal. Pembangkitan yang rangkap (selalu dua kumparan didalamnya) sering digunakan adalah karena memiliki tenaga putaran lebh tinggi. Tidak seperti stepper PM, stepper VR memilki sisa kemagnetan. Maka rotor (detent torque) akan menjadi tidak kuat ketika stator tidak diberi tenaga. Sudut langkah ditentukan oleh nomor dari stator dan gigi rotor (bervariasi dari 7.5 sampai 30) Motor Stepper Hybrid Motor stepper Hybrid lebih mahal dibandingkan PM motor stepper, namun dengan penampilan yang lebih baik termasuk pengaruh resolusi langkah, torsi dan kecepatan. Ciri khas dari sudut langkahnya berkisar dari 36 hingga 0.9 (dengan langkah per putaran). Motor stepper Hybrid merupakan perpaduan bagian terbaik dari kedua motor stepper, PM dan VR. Rotornya bergigi banyak seperti VR dan pada bagian axis berisi magnet konsentrik disekitar batangnya. Gigi di rotor memberikan lintasan yang lebih baik untuk membiarkan fluks magnet memilih tempat yang disukai di dalam airgap. Hal ini berlanjut pada ketahanan dan karakteristik torsi dinamis ketika kita membandingkannya dengan kedua jenis motor yang lain. Gambar 9-6. Penampang melintang Stepper Hybrid Kelompok II 70

71 Tipe motor stepper yang paling sering digunakan adalah PM dan Hybrid. Jika pembuat tidak yakin dengan tipe yang akan dipilih sebaiknya disesuaikan dengan aplikasinya. Motor-motor Stepper masuk ke berbagai macam ukuran, tipe-tipe dan gaya-gaya. Prinsip yang dasar untuk semua adalah sama, dan mereka jatuh masuk ke salah satu dari tiga jenis yang dibahas. Mereka mungkin sedikitnya mempunyai 2 lilitan, atau banyaknya sepuluh lilitan fasa (ini menempuh 2500 langkah untuk satu revolusi) Prinsip operasi motor stepper Input motor stepper adalah berupa suatu rangkaian pulsa (trans of pulsa) dan menghasilkan output berupa: Putaran poros motor sebesar sudut tertentu dari posisi awalnya baik dalam arah jarum jam maupun kebalikannya. Putaran poros motor dengan kecepatan tertentu dalam arah jarum jam maupun kebalikannya. Gbr.Prinsip kerja motor stepper Aplikasi motor stepper Motor stepper masih banyak digunakan pada: Printer Kelompok II 71

72 Recorder Plotter System poisoning lainnya LABORATORIUM MEKATRONIKA Sistem pengontrolan motor stepper Generator pembangkit pulsa yang dapat berupa sesuatu unik perangkat keras ( Hard Ware ) atau berupa program ( soft ware ) dalam suatu computer. Rangkaian logika untuk penggerak ( logic driver ) Penguat daya ( amplifier ) Motor Servo Defenisi Motor servo adalah sebuah motor dengan sistem closed feedback di mana posisi dari motor akan diinformasikan kembali ke rangkaian kontrol yang ada di dalam motor servo. Motor ini terdiri dari sebuah motor, serangkaian gear, potensiometer dan rangkaian kontrol. Potensiometer berfungsi untuk menentukan batas sudut dari putaran servo. Sedangkan sudut dari sumbu motor servo diatur berdasarkan lebar pulsa yang dikirim melalui kaki sinyal dari kabel motor. Tampak pada gambar dengan pulsa 1.5 ms pada periode selebar 2 ms maka sudut dari sumbu motor akan berada pada posisi tengah. Semakin lebar pulsa OFF maka akan semakin besar gerakan sumbu ke arah jarum jam dan semakin kecil pulsa OFF maka akan semakin besar gerakan sumbu ke arah yang berlawanan dengan jarum jam. Motor servo biasanya hanya bergerak mencapai sudut tertentu saja dan tidak kontinyu seperti motor DC maupun motor stepper. Walau demikian, untuk beberapa keperluan tertentu, motor servo dapat dimodifikasi agar bergerak kontinyu. Pada robot, motor ini sering digunakan untuk bagian kaki, lengan atau bagianbagian lain yang mempunyai gerakan terbatas dan membutuhkan torsi cukup besar. Kelompok II 72

73 Motor servo adalah motor yang mampu bekerja dua arah (CW dan CCW) dimana arah dan sudut pergerakan rotornya dapat dikendalikan hanya dengan memberikan pengaturan duty cycle sinyal PWM pada bagian pin kontrolnya. Motor Servo tampak pada gambar 1. Gambar Motor Servo Motor Servo merupakan sebuah motor DC yang memiliki rangkaian control elektronik dan internal gear untuk mengendalikan pergerakan dan sudut angularnya. Sistem Mekanik Motor Servo tampak pada gambar 2. Gambar Sistem Mekanik Motor Servo Motor servo adalah motor yang berputar lambat, dimana biasanya ditunjukkan oleh rate putarannya yang lambat, namun demikian memiliki torsi yang kuat karena internal gearnya. Lebih dalam dapat digambarkan bahwa sebuah motor servo memiliki : 3 jalur kabel : power, ground, dan control Sinyal control mengendalikan posisi Kelompok II 73

74 Operasional dari servo motor dikendalikan oleh sebuah pulsa selebar ± 20 ms, dimana lebar pulsa antara 0.5 ms dan 2 ms menyatakan akhir dari range sudut maksimum. Konstruksi didalamnya meliputi internal gear, potensiometer, dan feedback control Jenis-jenis Motor Servo Motor Servo Standar 180 Motor servo jenis ini hanya mampu bergerak dua arah (CW dan CCW) dengan defleksi masing-masing sudut mencapai 90 sehingga total defleksi sudut dari kanan tengah kiri adalah 180. Motor Servo Continuous Motor servo jenis ini mampu bergerak dua arah (CW dan CCW) tanpa batasan defleksi sudut putar (dapat berputar secara kontinyu) Kegunaan Motor Servo Kebanyakan motor servo digunakan sebagai : Manipulators. Moving camera s. Robot arms. Kelompok II 74

75 2.6 RANGKAIAN LOGIKA LABORATORIUM MEKATRONIKA Pengertian Gerbang Logika Gerbang logika yaitu rangkaian dengan satu atau lebih dari satu signal masukan tetapi hanya menghasilkan satu signal keluaran. Gerbang disebut juga dengan rangkaian logika. Pada gerbang logika terdapat dua keadaan, yaitu 0 dan 1, atau tegangan yang digunakan dalam gerbang logika adalah High ( 1 ) dan Low ( 0 ). Sistem digital yang paling kompleks seperti komputer disusun dari gerbang logika dasar seperti, AND, OR, NOT dan gerbang kombinasi ( turunan ) yang disusun dari gerbang dasar tersebut seperti NAND, NOR, EXNOR, dan EXOR. Jenis Gerbang Logika Gerbang AND Digunakan untuk menghasilkan logika 1 apabila semua masukan berlogika 1. Sebuah elemen logika dapat dimisalkan sebagai sebuah stater mobil, sebelum stater bekerja mesin akan hidup jika dua kondisi berada pada daerah keadaan siap. Pertama kunci diputar dan kedua bahan bakar siap pada posisinya. Sinyal elektrik baru bisa dikirim ke stater sehingga dapat membakar. Sirkuit ini dapat diperhatikan pada gambar di bawah ini. Kelompok II 75

76 Gambar Simbol Gerbang AND dan Perumpamaan Situasi pada gambar merupakan contoh dari gerbang AND dimana jika S1 dan S2 tertutup maka arus tidak dapat mengalir demikian juga dengan S2 tertutup dan S1 terbuka arus masih tetap tidak mengalir. Berikut adalah tabel kebenaran gerbang AND Tabel Tabel Kebenaran Gerbang AND Adapun bentuk grafik dari gerbang AND sebagai berikut : A B (A.B) 1 Gambar Grafik Gerbang AND Aljabar Boolean untuk Gerbang AND Kelompok II 76

77 Gerbang OR Identik dengan rangkaian paralel dari dua buah resistor Jika saklar tertutup maka arus akan mengalir melalui tahanan dan jika tidak ada satupun yang tertutup maka arus tidak akan mengalir. Gambar Perumpamaan Gerbang OR Gambar Simbol Gerbang Logika OR Berikut adalah tabel kebenaran gerbang OR : Tabel Tabel Kebenaran Gerbang OR Kelompok II 77

78 Grafik dari gerbang OR LABORATORIUM MEKATRONIKA A B (A.B) 1 Gambar Grafik Gerbang OR Aljabar Boolean untuk gerbang OR Y = A + B Gerbang Not Gerbang NOT bersifat sebagai pembalik dari sebuah rangkaian dimana berlaku analisa sebagai berikut : 1. Jika masukan bernilai nol (A = 0) maka keluaran bernilai satu (Y = 1). 2. Jika masukan bernilai satu (A = 1) maka keluaran bernilai nol (Y = 0). Kelompok II 78

79 Gambar Perumpamaan Gerbang NOT Gambar Simbol Gerbang NOT Tabel Tabel Kebenaran Gerbang NOT A B (A.B) 1 Gambar Grafik Gerbang NOT Kelompok II 79

80 Aljabar Boolean untuk Gerbang NOT LABORATORIUM MEKATRONIKA Gerbang NAND Gerbang NAND adalah gabungan dari gerbang AND dan NOT. Dimana output dari gerbang AND menjadi input bagi gerbang NOT. Gambar Simbol Gerbang NAND Tabel Tabel Kebenaran Gerbang NAND A B (A.B) 1 Gambar Grafik Gerbang NAND Kelompok II 80

81 Aljabar Boolean untuk Gerbang NAND Gerbang NOR Merupakan gabungan dari gerbang OR dan NOT. Dimana output dari OR menjadi input baru gerbang NOT. Gambar Simbol Gerbang NOR Tabel Tabel Kebenaran Gerbang NOR A B (A+B) 1 Kelompok II 81

82 Gambar Grafik Gerbang NOR LABORATORIUM MEKATRONIKA Aljabar Boolean untuk Gerbang NOR Gerbang Exkusive OR (XOR) Gerbang XOR merupakan suatu gerbang logika yang apabila kedua inputnya sama maka outputnya akan bernilai negatif dan sebaliknya. Gambar Simbol Gerbang XOR Tabel Tabel Kebenaran Gerbang XOR A B A 1.B + A 1.B Kelompok II 82

83 Gambar Grafik Gerbang XOR Aljabar Boolean untuk Gerbang XOR LABORATORIUM MEKATRONIKA. Exlusive NOR (XNOR) Terjadi apabila output sama maka outputnya akan bernilai positif dan sebaliknya. Gambar Simbol Gerbang XNOR Tabel Tabel Kebenaran Gerbang XNOR A B A.B 1 + A 1.B Kelompok II 83

84 Gambar Grafik Gerbang XNOR LABORATORIUM MEKATRONIKA Kombinasi Gerbang Logika Berikut ini beberapa contoh kombinasi gerbang logika: 1. Kombinasi gerbang logika AND dan NOT Contoh gambarnya sebagai berikut: Gambar 2.18 Rangkaian logika AND dan NOT Tabelnya sebagai berikut: Tabel:2.6.8 kebenaran AND dan NOT Input Out put a B Ā X Z Kombinasi gerbang logika AND, NOT dan OR Contoh gambarnya sebagai berikut : Kelompok II 84

85 Gambar Rangkaian logika AND,NOT,dan OR Tabelnya sebagai berikut: Tabel kebenaran AND, NOT dan OR Input Out put a b Ā x z Kombinasi gerbang logika AND, NOT dan NAND Contoh gambarnya sebagai berikut: Gambar Rangkaian logika AND,NOT,dan NAND Tabelnya sebagai berikut: Kelompok II 85

86 Tabel kebenaran AND, NOT dan NAND Input Out put a B Ā x z Kombinasi gerbang logika NOT, NOR dan AND Contoh gambarnya sebagai berikut: Gambar Rangkaian logika NOT, NOR, dan AND tabelnya sebagai berikut: Tabel: kebenaran NOT, NOR dan AND Input Out put a b Ā x Z Kelompok II 86

87 LABORATORIUM MEKATRONIKA Kombinasi gerbang logika NAND, NOT, NOR, XOR dan NXOR Gambar Rangkaian logika NAND, NOT, NOR, XOR dan NXOR Nama Fungsi Lambang dalam rangkaian Tabel kebenaran IEC US-Norm DIN (sebelum 1976) Gerbang- AND (AND) A B Y Kelompok II 87

88 Gerbang-OR (OR) A B Y Gerbang- NOT (NOT, Gerbangkomplemen, Pembalik(Inve rter)) \ A Y Gerbang- NAND (Not-AND) A B Y Gerbang- NOR (Not-OR) A B Y Gerbang- XOR (Antivalen, Exclusive-OR) atau A B Y Kelompok II 88

89 Gerbang- XNOR (Ekuivalen, Not- Exclusive-OR) atau A B Y Tabel 2.8 Tabel Ringkasan Gerbang Logika Kelompok II 89

90 2.6 PLC ( Programmable Logic Controller ) LABORATORIUM MEKATRONIKA DefenisiProgrammable Logic Controller (PLC) a. Programmable Menunjukan kemampuan yang dapat dengan mudah diubah-ubah sesuai dengan program yang dibuat dan kemampuanya dalam hal ini memori program yang telah dibuat. b. Logic Menunjukkan kemampuannya dalam memproses input secar aritmatik (ALU) yakni melakukan operasi membandingkan, menjumlahkan, mengalikan, membagi, mengurangi, dan negasi. c. Controller Menunjukkan kemampuan dalam mengontrol dan mengatur proses sehingga menghasilkan output yang diinginkan. Berdasarkan pendefinisian dari programmable, logic, controller maka PLC adalah suatu perangkat elektronik digital yang dapat diprogram untuk melakukan operasi logik, sekuensial, aritmatik, timing, dan counting untuk mengontrol mesin atau proses. Kelompok II 90

91 Gambar 2.1 PLC LABORATORIUM MEKATRONIKA Sejarah dan Perkembangan PLC Secara historis, PLC pertama kali dirancang oleh perusahaan General Motor (GM) sekitar tahun 1968 untuk menggantikan control relay pada proses sekuensial yang dirasakan tidak fleksibel dan berbiaya tinggi. Pada saat itu, hasil rancangan telah benar-benar berbasis komponen solid state dan memiliki fleksibilitas tinggi, hanya secara fungsional masih terbatas pada fungsi-fungsi kontrol relai saja. Seiring perkembangan teknologi solid state, saat ini PLC telah mengalami perkembangan luar biasa, balk dari ukuran.kepadatan komponen serta dari segi fungsionalnya. Beberapa peningkatan perangkat keras dan perangkat lunak ini di antaranya adalah: 1. Ukuran semakin kecil dan kompak. 2. Jumlah input output yang semakin banyak dan padat. 3. Waktu eksekusi program yang semakin cepat. 4. Pemrograman relatif semakin mudah. Hal ini terkait dengan perangkat lunak pemrograman yang semakin user friendly 5. Memiliki kemampuan komunikasi dan sistem dokumentasi yang semakin baik. 6. Jenis instruksi/fungsi semakin banyak dan lengkap 7. Beberapa jenis dan tipe PLC dilengkapi dengan modul-modul untuk tujuan kontrol kontinu. misalnya modul ADC/DAC, PID, modul Fuzzv. dan lainlain. Dewasa ini, vendor-vendor PLC umumnya memproduksi PLC dengan berbagai ukuran, jumlah input/output, instruksi dan kemampuan lainnya yang beragam. Hal ini pada dasamya dilakukan untuk memenuhi Kebutuhan pasar yang sangat luas, yaitu untuk tujuan kontrol yang relatif sederhana dengan jumlah input/output puluhan, sampai kontrol yang kompleks dengan dengan Kelompok II 91

92 jumlah input/output mencapai ribuan. LABORATORIUM MEKATRONIKA Berdasarkan jumlah input/output yang dimilikinya ini. secara umum PLC dapat dibagi menjadi tiga kelompok besar : 1. PLC mikro. PLC dapat dikategorikan mikro jika jumlah input/ output pada PLC ini kurang dari 32 terminal 2. PLC mini.. Kategori ukuran mini ini adalah jika PLC tersebut memiliki jumlah input/output antara 32 sampai 128 terminal. 3. PLC large.. PLC ukuran ini dikenal juga dengan PLC tipe rack PLC dapat dikatagorikan sebagai PLC besar jika jumlah input/ output-nya lebih dari 128 terminal. Fasilitas, kemampuan, dan fungsi yang tersedia pada setiap kategori tersebut pada umumnya berbeda satu dengan n lainnya. Semakin sedikit jumlah input/output pada PLC tersebut maka jenis instruksi yang tersedia juga semakin terbatas. Beberapa PLC bahkan dirancang semata-mata untuk menggantikan control relay saja, seperti PLC merek ZEN produksi perusahaan OMRON (Gambar 1.4) dirancang khusus untuk fungsi-fungsi relai (smart relay) saja. Gambar 2.2Pengelompokan PLC berdasarkan jumlah 110 Kelompok II 92

93 Gambar 2.3 PLC merek ZEN produksi OMRON Untuk menambah fleksibilitas penggunaannya, terutama untuk mengantisipasi perkembangan dan perluasan sistem kontrol pada aplikasi tertentu, PLC dengan ukuran mini dan besar umumnya dirancang bersifat modular.artinya, unit input/output PLC berupa modul-modul yang terpisah dari rack atau unit CPU seperti terlihat pada Gambar 1.5. Unit input/output ini dapat berupa unit input/output diskret, atau modul-modul analog seperti unit kontrol PID, A/D, D/A, dan lain sebagainya yang dapat dibeli secara terpisah dari unit CPU PLC tersebut Prinsip Kerja PLC Secara umum, PLC terdiri dari dua komponen penyusun utama: 1. Central Processing Unit (CPU) 2. Sistem antarmuka input/ output Gambar 2.4 Blok diagram PLC Fungsi dari CPU adalah mengatur semua proses yang terjadi di PLC. Ada tiga komponen utama penyusun CPU ini. 1. Prosesor, berfungsi dalam memproses data. 2. Memori, berfungsi menyimpan data binner. Terdiri atas: ROM (Read Only memory): memory yang menyimpan data Kelompok II 93

94 secara permanen. LABORATORIUM MEKATRONIKA EPROM (Erasable & Programmable ROM): memory ROM yang datanya dapat dihapus (dengan sinar ultraviolet) dan diprogram kembali RAM: Memory yang dapat ditulis dan dibaca. RAM digunakan untuk menyimpan data program yang sedang dieksekusi 3. Power supply, sumber tenaga. Interaksi antara ketiga komponen ini dapat dilihat pada gambar berikut: Gambar 2.5Work diagram CPU pada PLC Pada dasamya, operasi PLC ini relatif sederhana: peralatan luar dikoneksikan dengan modul input/output PLC yang tersedia. Peralatan ini dapat berupa sensor-sensor analog, push button, limit switch, motor starter, solenoid, lampu, dan lain sebagainya. Beberapa peralatan input/output luar yang umum dijumpai dalam aplilcasi PLC. Pada Gambar 2.5 dan 2.6 memperlihatkan koneksi yang mungkin dilakukan antara peralatan luar dengan modul input dan modul output PLC. Kelompok II 94

95 Gambar 2.6 Beberapa peralatan input/output PLC Pada gambar dibawah dilihatkan proses koneksi peralatan dengan modul PLC. Dimana dilihatkan modul input dan modul output pada PLC. Pada input dilihatkan adaa power supply untuk memasok daya dan memikili pengaturan dalam pemasokan daya melalui push button. Gambar 2.7Koneksi peralatan dengan modul input PLC Gambar dibawah menjelaskan pada bagian output ada berupa lampu sebagai keluaran atau relay yang mengizinkan suatu motor sebagai output untuk bergerak. Kelompok II 95

96 Gambar 2.8Koneksi peralatan dengan modul output PLC Selama prosesnya CPU melakukan tiga operasi utama: Membacaa data masukan dari pcrangkat luar via modul input Mengeksekusi program konlrol yang tersimpan di memori PLC Meng-update atau memperbaharui data pada modul output. Kctiga proscs tersebut dinamakan scamming Gambar 2.9Scanning Secara teknis, program pada memori PLC yang digunakan untuk mengontrol peralatan ini dibuat dan dimasukkan dengan menggunakan perangkat pemrograman, yaitu unit miniprogrammer/console atau menggunakan komputer via perangkat lunak yang menyertainya.misalnya, perangkat lunak Syswin digunakan untuk memprogram PLC produksi OMRON, KGL untuk PLC produksi LG, dan lain sebagainya. Dibanding dengan kedua perangkat pemrograman tersebut, komputer dewasa ini lebih banyak digunakan dibandingkan dengan Console.Pemanfaatan Console biasanya terbatas hanya untuk editing program PLC saja.hal ini sebenarnya terkait dengan kemudahan dan fasilitas pemrograman dari kedua perangkat tersebut. Kelompok II 96

97 Gambar 2.10Gambar OMRON CPM1A Keterangan gambar: 1. Masukan PLC dari 00 hingga 05 (enam) maksudnya adalah bahwa PLC diatas mampu menerima masukan atau input sebanyak enam input dengan address dari 00 sampai Tiga terminal 220 volt AC maksudnya adalah tegangan input atau catu daya PLC itu sendiri untuk bisa hidup atau beroperasi. 3. Konektor RS232 adalah port untuk interface dengan komputer (PC) atau alat pemogragaman lain. 4. Catu daya 24 volt DC adalah tegangan input yang berfungsi sebagai masukan PLC dari sensor yang akan diproses oleh PLC. 5. Keluaran PLC 00 hingga 03 maksudnya adalah output dari PLC yang berisi instruksi dari PLC ke aktuator dengan address dari 00 sampai 03. Kelompok II 97

98 2.6.4 Pemograman PLC Pemrograman PLC dengan menggunakan Console biasanya dilakukan dengan mengetikkan baris-baris simbol program pada level rendah (menggunakan instruksi-instruksi mnemonic, seperti LD, NOT, AND, dan lain sebagainya), jika menggunakan komputer, program PLC dapat dibuat langsung dengan menggunakan teknik standar pemrograman sekuensial, yaitu diagram ladder (diagram ladder ini langsung digambar dengan fasilitas GUI pada perangkat lunak tersebut). Program yang telah dibuat selanjutnya ditransfer ke PLC via modul komunikasi yang tersedia (umumnya port serial COM).Perangkat lunak komputer untuk pemrograman PLC ini biasanya juga dilengkapi dengan fasilitas monitoring dan komunikasi. Berkaitan dengan pemrograman PLC ini, sebenarnya ada lima model atau metode yang telah distandardisasi penggunaannya oleh EEC (lntrrnational Electrical Commission) : 1. List Instruksi (Instruction List) Pemrograman dengan menggunakan instruksi-instruksi bahasa level rendah (Mnemonic), seperti LD/STR NOT, AND dan lain sebagainya. 2. Diagram Ladder (Ladder Diagram) Diagram Ladder menggambarkan program dalam bentuk grafik. Diagram ini dikembangkan dari kontak-kontak relay yang terstruktur yang menggambarkan aliran arus listrik. Dalam diagram ladder terdapat dua buah garis vertical dimana garis vertical sebelah kiri dihubungkan dengan sumber tegangan positip catu daya dan garis sebelah kanan dihubungkan dengan sumber tegangan negatip catu daya. Program ladder ditulis menggunakan bentuk pictorial atau simbol yang secara umum mirip dengan rangkaian kontrol relay. Program ditampilkan pada layar dengan elemen-elemen seperti normally open contact, normally Kelompok II 98

99 closed contact, timer, counter, sequencer dll ditampilkan seperti dalam bentuk pictorial. Dibawah kondisi yang benar, listrik dapat mengalir dari rel sebelah kiri ke rel sebelah kanan, jalur rel seperti ini disebut sebagai ladder line (garis tangga). Peraturan secara umum di dalam menggambarkan program ladder diagram yaitu : Daya mengalir dari rel kiri ke rel kanan Output koil tidak boleh dihubungkan secara langsung di rel sebelah kiri. Tidak ada kontak yang diletakkan disebelah kanan output coil Hanya diperbolehkan satu output koil pada ladder line. Dengan diagram ladder, gambar diatas di presentasikanmenjadi : Gambar 2.11Diagram Ladder Diantara dua garis ini dipasang kontak-kontak yang menggambarkan kontrol dari switch, sensor atau output. Satu baris dari diagram disebut dengan satu rung. Input menggunakan symbol [ ] (kontak normally open) dan [/] (kontak normally close). Output mempunyai symbol ( ) yang terletak paling kanan. Prinsip-prinsip diagram ladder PLC : Untuk memperlihatkan hubungan antara satu rangkaian fisik dengan ladder diagram yang mempresentasikannya, lihatlah rangkaian motor listrik pada gambar dibawah ini. Motor dihubungkan ke sumber daya melalui 3 saklar yang dirangkai secara seri ditambah saklar over load sebagai pengaman. Motor akan menyala bila seluruh saklar dalam kondisi menutup. Kelompok II 99

100 Safety overload Start Stop motor Start Stop safety motor Gambar 2.12Rangkaian start stop motor Pemrograman berbasis logika relai, cocok digunakan untuk persoalan- dua kondisi persoalan kontrol diskret yang input/output hanya memiliki on atau off seperti pada sistem kontrol konveyor, lift, dan motor-motor industri. Gambar 2.13 instruksi pada diagram ladder Kelompok II 100

101 Gambar 2.14 aplikasi diagram ladder dalam sistem mekanika mesin cuci 3. Diagram Blok Fungsional (Function Blok l Diagram) Pemrograman berbasis aliran data Secara grafis. Banyak digunakan untuk tujuan kontrol proses yang melibatkan Perhitungan-perhitungan kompleks dan akuisisi data analog 4. Diagram Fungsi Sekuensial (Sequensial Function Charts) Metode grafis untuk pemrograman terstruktur yang banyak melibatkan angkahlangkah rumit, seperti pada bidang robotika, Kelompok II 101

102 perakitan kendaraan, Batch Control, dan lain sebagainya. 5. Teks Terstruktur (Structured Text) Tidak seperti keempat metode sebelumnya, pernrograman ini menggunakan statemen-statemen yang umum dijumpai pada bahasa level tinggi (high level programming) seperti If/Then, Do/While, Case, For/Next, dan lain sebagainya. Dalam aplikasinya, model ini cocok digunakan untuk perhitungan-perhitungan matematis yang kompleks, pemrosesan tabel clan data, serta fungsifungsi kontrol yang memerlukan algoritma khusus Walaupun hampir semua vendor PLC telah mendukung kelima model pemrograman tersebut, tetapi secara de facto sampai saat ini yang sangat luas penggunaannya terutama di industri adalah diagram Ladder. Alasan utamanya adalah diagram ini sangat mudah untuk dipahami clan para teknisi di pabrik umumnya telah lebih dahulu familiar dengan jenis diagram ladder elektromekanis, yaitu diagram ladder dengan menggunakan symbol-simbol komponen elektromekanis dalam penggambaran logika kontrolnya.dalam sistem kontrol dewasa ini, sebuah PC selain dapat digunakan sebagai perangkat pemrograman PLC -- juga umum digunakan untuk monitoring clan menjadi perangkat komunikasi antara PLC dengan komputer utama misalnya pada sistem kontrol skala besar seperti diperlihatkan Gambar Dengan kata lain, saat ini dapat dikatakan bahwa komputer merupakan mitra tak terpisahkan dalam penggunaan PLC Timerdan Counter Timer berfungsi untuk mengaktifkan suatu keluaran dengan interval waktu yang dapat diatur. Pengaturan waktu dilakukan melaui nilai setting (preset value). Timer tersebut akan bekerja bila diberi input dan mendapat pulsa clock. Untuk pulsa clock sudah disediakan oleh pembuat PLC.Besarnya nilai pulsa clock pada setiap timer tergantung pada nomor timer yang digunakan. Saat input timer ON Kelompok II 102

103 maka timer mulai mencacah pulsa dari 0 sampai preset value. Bila sudah mencapai preset value maka akan mengaktifkan Outputyang telah ditentukan. Gambar 2.15timer Fungsi counter adalah mencacah pulsa yang masuk. Sepintas cara kerja counter dan timer mirip. Perbedaannya adalah timer mencacah pulsa internal sedangkan counter mencacah pulsa dari luar Gambar 2.16counter Perbandingan PLC dengan Jenis KontrolerLainnya 1. PLC Versus Control Relay Seperti telah dijelaskan sebelumnya, perancangan PLC pada awalnya dimaksudkan untuk menggantikan control relay yang tidak fleksibel. Beberapa keuntungan penggunaan PI,C relatif terhadap control relay untuk pengontrolan mesin atau prows di antaranya adalah a. Implementasi proyek cepat b. Pengabelan relatif sederhana dan rapi c. Monitoring proses terintegrasi 2. PLC Versus Mikrokontroler Mikrokontroler pada dasarnya adalah sebuah komputer yang dirancang untuk melakukan tugas-tugas kontrol. Secara fungsional, PLC clan mikrokontroler ini hampir sama, tetapi secara teknis pengontrolan mesin atau Kelompok II 103

104 plant dengan mikrokontroler relatif lebih sulit. Hal ini terkait dengan perangkat kcras clan perangkat lunak dari mikrokontroler tersebut. Dalam hal ini, pengontrolan mesin atau plant dengan mikrokontroler memerlukan perancangan pengondisi sinyal tambahan pada port input/output-nya,dan umumnya pemrograman mikrokontroler ini dilakukan dengan menggunakan bahasa assembler yang relatif sulit dipelajari. 3. PLC Versus Personal Computer (PC) Dengan perangkat antarmuka tambahan misalnya PPI 8255, sebuah PC dapat digunakan untuk mengendalikan peralatan luar, tetapi filosofi perancangan PC' tidak dimaksudkan untuk digunakan sebagai perangkat pengontrolan, melainkan pengolahan data (misalnya PC tidak dirancang untuk ditempatkan pada lokasi dengan getaran ekstrim yang umum dijumpai di pabrik. Kelompok II 104

105 2.8 MIKROKONTROLER LABORATORIUM MEKATRONIKA Mikrokontroler adalah suatu IC dengan kepadatan yang sangat tinggi, dimana semua bagian yang diperlukan untuk suatu kontroler sudah dikemas dalam satu keping, biasanya terdiri dari: 1. CPU (Central Processing Unit) 2. RAM (Random Access Memory) 3. EEPROM/EPROM/PROM/ROM 4. I/O, Serial & Parallel 5. Timer 6. Interupt CPU Adalah bagian utama sebuah microcontroller dialah yg melaksanakan(mengeksek usi) program yg ada di memori dalam melaksanakan tugasnya ia dibantu beberpa beberapa memori internal di dlm cpu yg disebut register. Memori EEPROM - Electrically Erasable Programmable Read Only Memory EEPROM ini digunakan untuk menyimpan sejumlah kecil parameter yang dapat berubah dari waktu ke waktu. FLASH (EPROM) FLASH ini bekerja lebih cepat dan dapat dihapus/tulis lebih sering dibanding EEPROM. Battery backed-up static RAM Kapasitas yg besar untuk program dan data, sangat cepat dan tidak terdapatketerbatas untuk baca dan tulis Field programming/reprogramming Menggunakan memori non-volatile untuk menyimpan program akan memungkinkan mikrokontroler tersebut untuk diprogram ditempat. Kelompok II 105

106 OTP - One Time Programmable Mikrokontroler OTP adalah mikrokontroler yang hanya dapat diprogram satu kali saja Port Input/Output Satu chip mikrokontroler ini memiliki 32 jalur port yang dibagi menjadi 4 buah port 8 bit. Masing-masing port ini bersifat bidirectional sehingga dapat digunakan sebagai input atau output. Pada blok diagram AT89S51 dapat dilihat latch tiap bit pada keempat port : port 0, port 1, port 2, port 3. Masing-masing jalur port terdiri dari latch, output driver dan input buffer. Port 0 dan port 2 dapat digunakan sebagai saluran data dan alamat. Port 0 sebagai saluran data, sedangkan port 2 sebagai saluran data dan alamat sekaligus yang dimultipleks. Untuk mengakses memory eksternal, port 0 akan mengeluarkan alamat bawah memori eksternal yang dimultipleks dengan data yang dibaca dan ditulis. Sedangkan port 2 mengeluarkan bagian atas memory eksternal sehingga total alamat semuanya 16 bit. Khusus untuk port 3 mempunyai fungsi yang lain diluar sebagai port. Fungsi ini akan berbeda untuk tiap-tiap kaki dapat dilihat pada tabel 2.4 Tabel 2.4 Fungsi Pin-Pin Pada Port 3 No Port Pin Fungsi 1. Port 3.0 Port input serial, RXD. 2 Port 3.1 Port output serial, TXD. 3 Port 3.2 Input interupsi eksternal, INT0. 4 Port 3.3 Input interupsi internal, INT1. 5 Port 3.4 Input eksternal untuk timer / counter 0, T0. Kelompok II 106

107 6 Port 3.5 Input eksternal untuk timer / counter 1, T!. 7 Port 3.6 Sinyal tulis memori eksternal, WR. 8 Port 3.7 Sinyal baca memori eksternal, RD. Latch yang digunakan dapat dipresentasikan dengan D-FlipFlop. Data dari bus internal di-latch saat CPU memberi sinyal tulis ke latch dan output latch diberikan ke bus internal sebagai respon dari sinyal baca pin dari CPU. Beberapa instruksi yang berfungsi membaca port mengaktifkan sinyal baca latch dan yang lain mengaktifkan sinyal baca pin. Port 1, port 2, dan port 3 mempunyai pull-up internal, sedangkan port 0 dengan open drain. Masing-masing jalur I/O dapat digunakan sebagai input atau output. Bila digunakan sebagai input, port latch harus 1. Untuk port 1, 2 dan 3, pin-pin akan di pull-up tinggi oleh sumber internal, dan bisa juga di pull-up rendah dengan sumber eksternal. Port 0 tidak mempunyai pull-up internal. Pull-up fet hanya akan digunakan saat akses memori eksternal. Jika isi latch diatur pada keadaan 1 maka port ini akan berfungsi sebagai impedansi tinggi dan jika sebagai output akan bersifat open drain. Demikian halnya dengan port 2 yang digunakan untuk multipleks data dan alamat 16 bit sebesar 16 Kbyte mempunyai konfigurasi yang sama dengan yang dimiliki port 0. Sedangkan pada port 3 yang bisa dimanfaatkan untuk kaki kontrol mempunyai pengaturan fungsi output saja. Pada port ini dilengkapi dengan rangkaian pull-up internal. Penggunaan port 3 dapat dialamati langsung sebagai kontrol langsung pada suatu tugas yang dilakukan oleh fungsi yang dimiliki oleh port ini Timer/Counter Mikrokontroler memiliki dua timer yang dapat dikonfigurasikan beroperasi sebagai timer atau counter. Saat berfungsi sebagai timer, isi register timer ditambah 1 untuk tiap siklus mesin, sedangkan untuk fungsi counter isi register akan bertambah 1 setiap ada transisi sinyal pada pin input eksternal. Pada Kelompok II 107

108 pemanfaatan sebagai counter, sinyal input yang dimaksudkan dapat berupa low level atau falling edge trigger. Counter akan mencacah setiap masukan yang ada sesuai inisialisasi harga awal dari counter pada nilai hitungan untuk tiap sampling. Inisialisasi harga awal ini berupa nilai preset negatif counter yang diatur sebelum counter dijalankan. Demikian halnya dengan pemanfaatan timer yang memerlukan inisialisasi awal berupa konstanta waktu yang menentukan sampai berapa lama akan terjadi roll over. Penentuan harga preset ini berhubungan dengan penggunaan frekuensi clock dari sistem penentu waktu sampling dari counter untuk mencacah suatu pulsa masukan dari luar dengan memanfaatkan kontrol interupsi yang ada serta pengaturan program. Sebagai tambahan pada pemilihan counter / timer, timer 0 dan timer 1 mempunyai 4 buah modul yang dapat dipilih dengan menentukan pasangan bit M0 dan M1 pada register TMOD. Untuk pemilihan timer / counter dikontrol dengan bit C/T di TMOD. Terdapat beberapa mode operasi pada timer yaitu : a. Mode 0 Pada mode ini timer register dikonfigurasikan sebagai register 13 bit. Ke- 13 bit register tersebut terdiri dari 8 bit TH1 dan 5 bit TL1. Selama perhitungan roll over dari semua 1 ke semua 0, TF1 (Timer Interrupt Flag) di set. Pada dasarnya operasi mode 0 sama untuk timer 0 dan timer 1. b. Mode 1 Mode 1 adalah timer register 16 bit dan dapat generator boudrate. Operasi mode 1 sama dengan mode 0. c. Mode 2 Mode 2 adalah timer register dengan konfigurasi 8 bit counter (TL1) auto reload. Overflow dari TL1 tidak hanya menset TF1 tapi juga me-reload TL1 dengan isi TH1. Setelah reload isi TH1 tidak akan berubah. Operasi mode ini juga sama dengan timer/counter 0. d. Mode 3 Kelompok II 108

109 Pada mode ini timer 1 tidak akan bekerja. Sedangkan timer 0 menjadi 2 counter yang terpisah. TL0 digunakan sebagai bit kontrol untuk timer 0; C/T, GATE, TR0, INT0, dan TF0 seolah-olah mengontrol timer Sistem Interupsi Mikrokontroler AT89S51 mempunyai 5 sumber interupsi. Dua sumber merupakan sumber eksternal INT0 dan INT1. Kedua interupsi eksternal dapat aktif level atau aktif transisi tergantung isi IT0 dan IT1 pada register TCON. Interupsi timer dan timer 1 aktif pada saat timer yang sesuai mengalami roll over. Interupsi serial dibangkitkan dengan melakukan operasi OR dan R1 dan T1. Tiaptiap sumber interupsi dapat enable atau disable secara software. Tingkat prioritas semua sumber interupsi dapat diprogram sendiri-sendiri dengan set atau clear bit pada SFRs IP (Special Function Register s Interrupt Priority). Interupsi tingkat rendah dapat diinterupsi oleh interupsi yang mempunyai tingkat lebih tinggi, tetapi tidak sebaliknya. Walaupun demikian interupsi yang mempunyai tingkat lebih tinggi tidak bisa menginterupsi sumber interupsi yang lain Input/Output UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) adalah adapter serial port adapter untuk komunikasi serial asinkron. USART (Universal Synchronous/Asynchronous Receiver Transmitter) merupakan adapter serial port untuk komunikasi serial sinkron dan asinkron. Komunikasi serial sinkron tidak memerlukan start/stop bit dan dapat beroperasi pada click yang lebih tinggi dibanding asinkron. SPI (serial peripheral interface) merupakan port komunikasi serial sinkron. SCI (serial communications interface) merupakan enhanced UART (asynchronous serial port) Kelompok II 109

110 I2C bus (Inter-Integrated Circuit bus) merupakan antarmuka serial 2 kawat, Dikembangkan untuk aplikasi 8 bit, berfungsi sebagai antarmuka jaringan multi-master, multi-slave dengan deteksi tabrakan data. Analog to Digital Conversion (A/D). Fungsi ADC adalah merubah besaran analog (biasanya tegangan) ke bilangan digital. D/A (Digital to Analog) Converters. Fungsi DAC adalah merubah besaran Digital ke besaran analog. Comparator. Komparator ini bekerja seperti IC komparator biasa tetapi sinyal input/outputnya terpasang pada bus mikrokontroler Interupsi Interupt merupakan metode yang efisien bagi mikrokontroler untuk memproses periperalnya, mikrokontroler hanya bekerja memproses periperal tsb hanya pada saat terdapat data diperiperal tsb. Macam-macam interupsi Maskable Interrupts Dengan maskable interupt kita dapat bebas memilih untuk menggunakan satu atau lebih interupsi. Keuntungan maskable interupt inin adalah kita dapat mematikan interupsi pada saat mikrokontroler sedang melakukan proses yang kritis sehingga interupsi yang datang akan diabaikan. Vectored Interrupts Pada saat terjadi interupsi, interupt handler secara otomatis akan memindahkan program pada alamat tertentu yang telah ditentukan sesuai dengan jenis interupsi yang terjadi. Kelompok II 110

111 2.8.7 Blok Diagram Mikrokontroller AT89S51 Blok diagram dari mikrokontroller AT89S51 diperlihatkan pada gambar. Gambar Blok Diagram AT89S Jenis jenis mikrokontroler CISC (Complete Instruction Set Computer) memiliki lebih dari 80 instruksi Adanya instruksi yang bekerja seperti sebuah makro, sehingga memungkinkan untuk menggunakan sebuah instruksi menggantikan beberapa instruksi sedarhana lainnya. RISC ( Reduced Instruction Set Computer) Menggunakan jumlah instruksi yang lebih sedikit dibanding CISC. Kelompok II 111

112 Keuntungan dari RISC adalah kesederhanaan disain, chip yang lebih kecil, jumlah pin sedikit dan sangat sedikit mengkonsumsi daya. Ada perbedaan yang cukup penting antara Mikroprosesor dan Mikrokontroler. Jika Mikroprosesor merupakan CPU (Central Processing Unit) tanpa memori dan I/O pendukung dari sebuah komputer, maka Mikrokontroler umumnya terdiri dari CPU, Memori, I/O tertentu dan unit pendukung, misalnya Analog to Digital Converter (ADC) yang sudah terintegrasi di dalam mikrokontroler tersebut. Kelebihan utama dari Mikrokontroler ialah telah tersedianya RAM dan peralatan I/O Pendukung sehingga ukuran board mikrokontroler menjadi sangat ringkas. Kelompok II 112

113 Gambar rangkaian minimum adalah sebagai berikut Pin-Pin Mikrokontroler AT89S51 Susunan pin-pin mikrokontroler AT89S51 dapat dijelaskan sebagai berikut : a. Pin 1 sampai 8 adalah Port 1 Merupakan port paralel 8 bit data dua arah (bidirectional) yang dapat digunakan untuk berbagai keperluan (general purpose). b. Pin 9 (RESET) Masukan reset aktif tinggi. Pulsa transisi dari rendah ke tinggi akan mereset AT98S51. Pin ini dihubungkan dengan rangkaian power on reset yang terdiri dari sebuah kapasitor dan sebuah resistor yang berfungsi sebagai pembangkit frekuensi. c. Pin 10 sampai 17 adalah Port 3 Kelompok II 113

114 Port paralel 8 bit dua arah yang memiliki fungsi pengganti. Fungsi pengganti meliputi TxD (Transmite Data), RxD (Receiver Data), Int 0 (Interrupt 0), Int 1 (Interrupt 1), T0 (Timer 0), T1 (Timer 1), WR (Write), dan RD (Read). Bila fungsi pengganti tidak dipakai, pin-pin ini dapat digunakan sebagai port paralel 8 bit serba guna. d. Pin 18 (XTAL 1) Pin masukan ke rangkaian osilator internal. Sebuah osilator kristal atau sumber osilator luar dapat digunakan. e. Pin 19 (XTAL 2) Pin keluaran ke rangkaian osilator internal. Pin ini dipakai bila menggunakan osilator kristal. f. Pin 20 (GROUND) Dihubungkan ke Vss atau ground. g. Pin 21 sampai 28 adalah Port 2 Port paralel 2 (P2) selebar 8 bit dua arah (bidirectional). Port 2 ini mengirimkan byte alamat bila dilakukan pengaksesan memory eksternal. h. Pin 29 Pin PSEN (Program Store Enable) yang merupakan sinyal pengontrol yang membolehkan program memory eksternal masuk ke dalam bus selama proses pemberian / pengambilan instruksi (Fetching). i. Pin 30 Pin ALE (Address Latch Enable) yang digunakan untuk menahan alamat memory eksternal selama pelaksanaan instruksi. j. Pin 31 (EA) Bila pin ini diberi logika tinggi (H), mikrokontroler akan melaksanakan instrusi dari ROM / EPROM ketika isi program counter kurang dari Bila diberi logika rendah (L) maka mikrokontroler akan melaksanakan seluruh instruksi dari memori program luar. Kelompok II 114

115 k. Pin 32 sampai 39 adalah Port 0 Merupakan port paralel 8 bit (open drain) dua arah. Bila digunakan untuk mengakses program luar, port ini akan memultipleks alamat memori dengan data. l. Pin 40 Merupakan Vcc yang dihubungkan ke tegangan positif. Berikut ini adalah susunan pin-pin mikrokontroler AT89S51 yang dapat dilihat pada gambar 2.5. Gambar Pin Mikrokontroler AT89S Struktur Pengoperasian Port Mikrokontroler AT89S51 memiliki 2 jenis port input/output, yaitu port I/O parallel dan port I/O serial. Port I/O parallel sebanyak 4 buah dengan nama P0,P1,P2,P3. masing-masing port ini bersifat bidirectional (dua arah), memiliki latch, dan buffer output,sehingga setiap pinnya dapat dibebani dengan 4 buah gerbang IC TTL standar Serial Interface Selain komunikasi data paralel melalui port-port yang dimiliki oleh mikrokontroler juga terdapat sarana untuk komunikasi data secara seri yaitu Kelompok II 115

116 sebagai shift register atau sebagai universal asynchronous receiver transmitter tergantung pada pengaturan mode yang terdapat pada register SCON. Kedua register penerima dan pengirim dari port serial diakses di register SBUF. Aplikasi Yang Dapat Dilakukan Selain sebagai sistem monitor rumah seperti diatas, mikrokontroler sering dijumpai pada peralatan rumah tangga (microwave oven, TV, stereo set dll), computer dan perlengkapannya, mobil dan lain sebagainya. Pada beberapa penggunaan bisa ditemukan lebih dari satu prosesor didalamnya. Mikrokontroler biasanya digunakan untuk peralatan yang tidak terlalu membutuhkan kecepatan pemrosesan yang tinggi. Walaupun mungkin ada diantara kita yang membayangkan untuk mengontrol oven microwave dengan menggunakan sistem berbasis Unix, mengendalikan oven microwave dapat dengan mudah menggunakan mikrokontroler yang paling kecil. Dilain pihak jika kita ingin mengendalikan rudal guna mengejar anjing tetangga yang selalu menyalak ditengah malam, kita akan memerlukan prosesor dengan kecepatan yang lebih tinggi. Sifat spesial dari mikrokontroler adalah kecil dalam ukuran, hemat daya listrik serta flexibilitasnya menyebabkan mikrokontroler sangat cocok untuk dipakai sebagai pencatat/perekam data pada aplikasi yang tidak memerlukan kehadiran operator Rangkain flip flop Flip-flop adalah rangkaian digital yang digunakan untuk menyimpan satu bit data secara semi permanen sampai ada suatu perintah untuk menghapus atau mengganti isi dari bit yang tersimpan tersebut. Prinsip dasar dari flip-flop adalah suatu komponen elektronika dasar seperti transistor, resistor dan dioda yang di rangkai menjadi suatu gerbang logika yang dapat bekerja secara sekuensial. Kelompok II 116

117 2.9 INTERFACE LABORATORIUM MEKATRONIKA Pengertian Interface(Antarmuka) Di bidang ilmu komputer, interface adalah alat dan konsep yang mengacu padatitik interaksi antara komponen, dan berlaku pada tingkat hardware dan software. Hal ini memungkinkan komponen, apakah hardware seperti kartu grafis atau software seperti browser internet, untuk berfungsi secara independen saat menggunakan interface untuk berkomunikasi dengan komponen lain melalui input/output sistem dan protokol yang terkait. Selain hardware dan antarmuka perangkat lunak, antarmuka komputasi bisa merujuk kesarana komunikasi antara komputer dan pengguna melalui perangkat periferal seperti monitor atau keyboard, sebuah antarmuka dengan Internet melalui Internet Protokol, dan setiap titik lain komunikasi yang melibatkan komputer yaitu : a. Interface hardware Interface hardware yang ada dalam sistem komputasi antara banyak komponen seperti berbagai bus, perangkat penyimpanan, lain I/O device, dan lainlain. Antarmuka hardware dijelaskan oleh sinyal mekanik listrik dan logis di antarmuka dan protokol untuk sequencing (kadang-kadang disebut pensinyalan). Sebuah antarmuka standar, seperti SCSI, decouples desain dan pengenalan hardware komputer, seperti I/O device dari desain, dan pengenalan komponen lain dari sistem komputasi, sehingga memungkinkan pengguna dan produsen fleksibilitas yang besar dalam pelaksanaan sistem komputasi. Interface Hardwaredilihat dari cara/metode komunikasinya dapat dibagi ke dalam 2 kelompok yaitu : Pengiriman/penerimaan data secara parallel Merupakan pengiriman dimana data satu frame data dikirim secara bersamaan secara parallel. Misalnya data satu framenya terdiri dari 8 bit, maka data 8 bit tersebut akan dikirim secara bersamaan dalam waktu Kelompok II 117

118 bersamaan pula. Contohnya pada printer yang memakai LPT1 untuk koneksi ke komputernya. Pengiriman/penerimaan data secara serial Merupakan pengiriman dimana satu frame data yang terdiri dari 8 bit, dan dikirim secara bit per bit. Contohnya pada sistem COM serial pada komputer. b. Antarmuka Perangkat Lunak Sebuah antarmuka perangkat lunak mungkin merujuk pada berbagai berbagai jenis antarmuka di berbagai level.aplikasi atau program yang berjalan pada sistem operasi mungkin perlu untuk berinteraksi melalui sungai, dan dalam program-program berorientasi objek, obyek dalam aplikasi mungkin perlu berinteraksi melalui metode. c. Software interface dalam praktek Sebuah software menyediakan akses ke sumber daya komputer (seperti memori, penyimpanan CPU, dll) oleh sistem komputer yang mendasarinya. Ketersediaan sumber daya ini untuk perangkat lunak lain dapat memiliki konsekuensi besar, kadang-kadang bencana untuk fungsionalitas dan stabilitas. Suatu prinsip kunci dari desain adalah untuk melarang akses ke semua sumber daya secara default, memungkinkan akses hanya melalui didefinisikan dengan baik entry point yaitu interface. Jenis-jenis akses yang menyediakan interface antara komponen perangkat lunak dapat meliputi: konstanta, tipe data, jenis prosedur, spesifikasi pengecualian dan tanda tangan metode. Dalam beberapa kasus, mungkin berguna untuk mendefinisikan variabel publik sebagai bagian dari antarmuka. Sering juga menentukan fungsi dari orang-orang prosedur dan metode, baik oleh komentar atau (dalam beberapa bahasa eksperimental) dengan pernyataan logis formal dan prasyarat. Kelompok II 118

119 Antarmuka dari modul perangkat lunak adalah sengaja disimpan terpisah dari pelaksanaan modul yang terakhir ini berisi kode sebenarnya dari prosedur dan metode yang dijelaskan dalam antarmuka. d. Software antarmuka dalam bahasa berorientasi objek Dalam bahasa berorientasi objek istilah "interface" sering digunakan untuk mendefinisikan sebuah tipe abstrak yang tidak berisi data, tetapi memaparkan perilaku didefinisikan sebagai metode. Sebuah kelas memiliki semua metode yang sesuai untuk antarmuka yang dikatakan untuk mengimplementasikan interface tersebut. Selain itu, kelas dapat mengimplementasikan beberapa interface, dan karenanya dapat dari jenis yang berbeda pada saat yang sama. Pendekatan ini dapat didorong ke batas mendefinisikan antarmuka dengan metode tunggal, misalnya bahasa Jawa mendefinisikan antarmuka Readable yang telah membaca tunggal () metode dan kumpulan implementasi yang akan digunakan untuk tujuan yang berbeda, antara lain: BufferedReader, FileReader,InputStreamReader, PipedReader, dan StringReader; atau interface penanda bahkan kurang, seperti Serializable mengandung hampir tidak ada. e. Pemrograman terhadap interface perangkat lunak Penggunaan antarmuka memungkinkan pelaksanaan gaya pemrograman yang disebut pemrograman terhadap interface. Ide di balik ini adalah untuk basis satu logika berkembang pada definisi antarmuka tunggal dari benda satu menggunakan dan tidak untuk membuat kode tergantung pada detail internal. Strukrur Interface adalah sebagai berikut: Register : Kendali (CR) :mencatatinstruksidaninformasidalampiranti Status (SR) : mencatat status pirantidanmengeluarkanpesankesalahan Data Input (IDR) : sebagai buffer data untuk operasi input Data Ouput (ODR) : sebagai buffer data untukoperasi output BUS Kelompok II 119

120 Receiver : menangani data input Transciever : sirkuit bidirectional data menangani input maupun output Driver/Buffer Bus :sirkuit tri state yang menyimpaninformasi bus Jenis-Jenis Port Interface Pada Komputer a. Port Serial Sesuai dengan namanya Port Serial melakukan transmisi data pengiriman satu bit per satu waktu, karena sifatnya demikian pegiriman data berjalan agak lambat. Gambar Port Serial Biasanya digunakan untuk mengoneksi piranti seperti : printer, mouse, modem, PLC (programmable Logic controller), pembaca kartu maknetik dan pembaca barcode. b. Port Parallel Port Paralel atau sering disebut port LPT bekerja atas dasar 8 bit perwaktu, cocok untuk pengiriman data dengan cepat, tetapi dengan kabel yang pendek (tidak lebih dari 15 kaki). Gambar Port Parallel Umumnya digunakan untuk printer paralel, harddisk eksternal dan zip drive. Konektor yang digunakan adalah DB-25 yang terdiri dari 25 pin. Kelompok II 120

121 c. Port USB Port USB merupakan port yang sangat populer digunakan. Namanya aja Universal Serial Bus. Gambar Port USB Umumnya digunakan untuk kamera digital, printer, scanner, keyboard, mouse USB, modem dan peralatan tambahan komputer lainnya. Port ini mempunyai kecepatan tinggi sesuai dengan versinya, bila dibandingkan dengan port serial maupun port paralel. d. Port SCSI Port SCSI atau Small Computer System Interface merupakan jenis port berkinerja tinggi yang digunakan untuk menangani perangkat input/ouput atau perangkat media penyimpanan. Kecepatan transfernya 32 bit per waktu. Gambar Port SCSI Umumnya digunakan untuk menghubungkan hard drive, scanner, printer dan tape drive, konektor yang digunakan adalah DB-25 dan 50 pin Centronics SCSI. Kelompok II 121

122 e. Port Infra Merah LABORATORIUM MEKATRONIKA Port inframerah digunakan untuk mendukung hubungan tanpa kabel, misalnya untuk menghubungkan mouse yang menggunakan infra merah sebagai media transmisi, mengirim data dari ponsel, dan sebagainya. Gambar Port Inframerah f. Port-Port Lain Banyak port lain yang tidak tergolong pada port-port diatas, misalnya port untuk monitor, port keyboard, port mouse, port speaker, port jaringan,port home theater dan lain-lain. Kelompok II 122

123 BAB III LABORATORIUM MEKATRONIKA METODOLOGI 3.1 Flow Chart Gambar 3.1 Flowchart pembuatan gerbang otomatis Kelompok II 123

124 3.2 Miniatur Gerbang Otomatis LABORATORIUM MEKATRONIKA Perkembangan ilmu teknologi yang semakin maju mendorong manusia untuk senantiasa menciptakan suatu hal yang baru dan lebih efisien dalam pemamfaatannya. Salah satunya yaitu penggunaan pintu gerbang otomatis. Pada gedung-gedung yang telah modern seperti mall, hotel, perkantoran dan lain-lain. diperlukannya sebuah otomatisasi penggunaan pintu, hal ini dapat di sebabkan banyaknya arus masuk dan keluar dari gedung tersebut. Penggunaan gerbang atau pintu otomatis ini tidak hanya pada gedunggedung, tapi juga digunakan pada pintu garasi mobil dan tempat lainnya. Oleh karena hal itu, dilakukan sebuah inovasi dengan menggunakan pengembangan dari alat kontrol dengan menggunakan energi listrik sebagai sumber tenaga untuk membuka pintu tersebut. Gambar. Miniatur gerbang otomatis 3.3 Rangkaian Catu Daya Tabel daftar Komponen Rangkaian Catu Daya : NO Nama dan Komponen Jumlah Satuan 1 Trafo Step Down 12V 1 buah 2 Kapasitor eko 16V/1000µF 1 buah 3 Transistor LM buah 4 Transistor LM buah 5 Dioda buah 6 Kabel 0,8 mm 1 meter Kelompok II 124

125 7 Papan PCB 1 buah LABORATORIUM MEKATRONIKA Gambar. Rangkain catu daya Kelompok II 125

126 Gambar Catu Daya LABORATORIUM MEKATRONIKA 3.4 Rangkaian Driver Tabel. Daftar Komponen Rangkaian Motor Driver : NO Nama dan Komponen Jumlah Satuan 1 Transistor TIP 120 Darlington 4 buah 2 Resistor 470 ohm 4 buah 3 Dioda 1N buah 4 Papan PCB 1 buah 5 Kabel Tunggal 0,8 mm 1 meter Gambar. Rangkaian driver Kelompok II 126

127 Gambar. Bentuk Rangkaian Driver 3.5 Rangkaian Sensor Tabel. Daftar Komponen Rangkaian Sensor. NO Nama dan Komponen Jumlah Satuan 1 Resistor 10 ohm 1 buah 2 Resistor 10 ohm tripot (103) 1 buah 3 Resistor 470 ohm 1 buah 4 LDR 1 buah 5 Relay 6 V 1 buah 6 Dioda 1 buah 7 Thyristor 1 buah Kelompok II 127

128 Gambar. Rangkaian sensor LABORATORIUM MEKATRONIKA Gambar. Bentuk Rangkaian sensor 3.6 Wiring Tabel. Daftar Komponen Wiring. NO Nama dan Komponen Jumlah Satuan 1 Kabel Tunggal 0,8 mm 1 meter 2 PLC Omron CPM1A 1 buah Gambar. Wiring Kelompok II 128

129 Gambar Bentuk Wiring 3.7 Diagram Ladder Gambar Diagram Ladder Kelompok II 129

130 BAB IV LABORATORIUM MEKATRONIKA HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Pengujian Alat Pengujian alat dilakukan secara bertahap. Yaitu pengujian dilakukan perangkaian. Tiap rangkaian di uji satu per satu dengan cara mengalirkan arus pada rangkaian. Pada rangkaian driver, pengujian dilakukan dengan cara mengalirkan arus pada rangkaian yang telah dibuat kemudian dilihat hasilnya pada lampu LED dan putaran motor. Motor akan berputar bila keluaran dari rangkaian ke motor di sambung pada motor lalu dialirkan arus melalui rangkaian ke sumber yang disambung ke tegangan sumber berupa power supply. Dengan begitu kita akan bisa melihat motor berputar searah putaran jarum jam ataupun sebaliknya dengan cara membalikkan tegangan sumber input pada rangkaian sumber input. Untuk lampu LED sendiri, lampu LED 1 ataupun lampu LED 2 akan menyala bila keluaran dari rangkaian LED yaitu dioda dan resistor disambung pada tegangan sumber. Dari sini kita juga bisa melihat apakah motor berputar searah putaran jarum jam atau sebaliknya. Setelah diuji ternyata motor dapat bergerak searah putaran jarum jam ataupun sebaliknya yang juga ditandai dengan menyalanya lampu LED 1 dan lampu LED 2. Untuk rangkaian sensor dan wiring diuji saat dilakukan perakitan miniature lift. Yaitu semua komponen di rakit menjadi satu kesatuan yaitu catu daya, driver, terminal lift, tombol dan wiring. Pada input PLC disambung dengan keluaran limit switch atas, bawah dan seri pada terminal lift, dan keluaran dari rangkaian tombol. Sedangkan pada output PLC disambung pada motor. Kita akan melihat lampu pada PLC akan menyala bila ada masukkan dari tombol maupun limit switch. 4.2 Analisa dan Pembahasan Pada pembuatan miniature gerbang otomatis ini, diperlukan berbagai rangkaian yang nantinya akan dirakit menjadi satu kesatuan. Di antaranya rangkaian catu daya, rangakaian driver, rangakaian wiring, rangakaian tombol dan terminal lift yang akan dikontrol dengan PLC (Programmable Logic Control). Untuk PLC sendiri dibuat programnya dengan menggunakan diagram ladder. Pada rangakian driver, semua komponen dirangkai sesuai dengan rangakian driver yang telah ditentukan. Komponen yang dirangkai yaitu transistor tip buah, resistor Kelompok II 130

131 470 ohm 4 buah, resistor 10 k ohm 2 buah, LED 2 buah dan diode 1N buah yang dirangkai menggunakan kabel tunggal 0,8 mm. Pada rangakaian ini akan didapatkan keluaran sumber S1 dan S2, keluaran motor M1 dan M2 dan keluaran dari diode 1N4802 dan resistor 10 k ohm. Pada rangkaian pertama, ketika rangkaian driver di uji dengan catu daya yaitu memanfaatkan putaran motor yang dihubungkan pada keluaran motor M1 dan M2, begitu dialirkan arus melalui keluaran sumber S1 dan S2, motor tidak bergerak. Hal ini disebabkan kutub negatif pada diode untuk aliran tegangan VCC 12V tidak dirangkai ke transistor 3 melainkan ke transistor 2. Rangkain diperbaiki dan di uji kembali. Ternyata motor masih tidak bergerak. Hal ini disebabkan keluaran dari motor M1 tidak dirangkai pada rangkaian transistor 1 dan transistor 2 yaitu emitor ke collector melainkan pada rangkaian transistor 4 yaitu emitor ke emitor. Rangkain kembali diperbaiki dan hasilnya motor dapat bergerak. Baik searah putaran jarum jam atapun berlawanan putaran jarum jam. Namun lampu LED yang dipasang pada rangkaian untuk menandakan putaran motot tidak menyala. Hal ini disebabkan keluaran lampu LED pada resistot 10 k ohm tidak dirangkai ke transistor 1 dan transistor 2 yaitu emitor ke collector melainkan ke basis transistor 2. Dan keluaran dari lampu LED pada diode 1N4802 tidak dirangkai ke rangkaian transistor 3 dan transistor 4 yaitu emitor ke collector melainkan ke basis transistor 3. Kemudian rangkaian diperbaiki dan hasilnya sesuai dengan yang diharapkan. Motor bergerak baik serah putaran jarum jam ataupun berlawanan putaran jarum jam yang ditandai dengan nyala lampu LED. Pada rangkaian sensor, tombol dirangkai secara seri antara tombol 1 dan tombol 2 dan keluarannya berupa keluaran dari tombol 1 dan keluaran dari tombol 2 serta keluaran dari rangkaian seri tombol 1 dan tombol 2. Begitu juga pada limit switch, limit switch dirangkai secara seri antara limit switch atas dan limit swutch bawah sehingga keluarannya dari keluaran limit switch atas, keluaran limit switch bawah dan keluaran dari rangkaian seri limit switch atas dan bawah. Untuk rangkaian wiring, semua rangakian dirakit menjadi satu kesatuan. Yaitu rangakiaan driver, rangakaian tombol, rangakaian limit switch, terminal lift dan wiring itu sendiri. Keluaran motor dari rangkaian driver disambung pada motor yang ada pada terminal lift, untuk keluaran dari rangkaian tombol dan limit switch disambung pada input Kelompok II 131

132 PLC dan dihubungkan pada kutub positif di output PLC. Kutub negative pada output PLC dihubungkan pada com di input PLC. Untuk L1 dan L2 pada input PLC dihubungkan pada catu daya. Output PLC 00 dan 01 dihubungkan pada keluaran sumber S1 pada rangkaian driver dan output PLC 02 dan 04 dihubungkan pada keluaran sumber S2 pada rangkaian driver, yang nantinya pada S1 dan S2 akan dihubungkan pada motor untuk menggerakkan lift. Setelah dirakit, kemudian diuji dengan mengalirkan arus. Awalnya rangkaian yang telah dirakit ini tidak berhasil yaitu lampu input pada PLC tidak menyala ketika diberi masukkan dari tombol dan limit switch. Hal ini dikarenakan terjadi kesalahan yaitu kutub negative pada output PLC tidak dihubungkan pada com di input PLC. Setelah diperbaiki, dan di uji kembali. Hasil pengujian pun sesuai dengan yang diharapkan yaitu lampu input pada PLC menyala ketika diberi masukkan pada tombol maupun pada limit switch. Artinya rakitan ini telah benar dan berhasil. Kelompok II 132

133 BAB V LABORATORIUM MEKATRONIKA PENUTUP 5.1 Kesimpulan Dari praktikum yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa : 1. Mekatronika adalah integrasi yang sinergis dari ilmu rekayasa mekanik, teknologi elektronik dan sistem informasi pada suatu proses atau produk yang dikontrol dengan sistem otomasi dengan tujuan untuk mempermudah kerja manusia. 2. Aplikasi dari ilmu mekatronika bisa diwujudkan dalam miniature gerbang otomatis sederhana yang memanfaatkan rangkaian driver, tombol, limit switch dan motor sebagai penggerak yang dikontrol dengan PLC. 5.2 Saran 1. Teliti ketika merangkai rangkaian 2. Teliti ketika mensolder rangkaian 3. Hati-hati ketika menggunakan peralatan Kelompok II 133

134 Lampiran Tugas Tambahan Komponen Elektronika Menentukan Kaki dan Jenis Transistor dengan Multitester Digital Syarat untuk menentukan kaki (basis, emitor, dan kolektor) dan jenis (PNP atau NPN) sebuah transistor dengan menggunakan AVO meter atau multimeter atau multitester digital, adalah multitester tersebut harus memiliki fitur test dioda. Fitur pengetesan ini biasanya dilambangkan dengan simbol dioda, seperti yang terlihat pada gambar multitester dibawah ini. Gambar : Multitester Kita ambil contoh transistor yang hendak diukur adalah tipe C945, yang cukup banyak digunakan, dan tidak ada dalam tabel data transistor sinyal kecil yang pernah saya tulis disini. Sehingga kita sama-sama belajar menentukan kaki dan jenis transistor C945, dan berikut langkahnya: Kelompok II 134

135 1. Mengukur dan Membuat Tabel Pengukuran Siapkan multitester dan atur posisi kenop putar pada fitur test dioda Bayangkan atau gambarkan posisi kaki transistor dengan urutan angka 1, 2, dan 3 Buat tabel pengukuran dengan 6 buah titik ukur, yaitu 1-2, 1-3, 2-3, 2-1, 3-1, dan 3-2 Tetapkan probe warna hitam atau batang uji negatif untuk angka pertama, dan probe warna merah atau batang uji positif untuk angka kedua, contoh: pada titik ukur 1-2, probe hitam pada titik 1, dan probe merah pada titik 2 Catat hasil tiap kali pengukuran 2. Menentukan Kaki dan Jenis Transistor Setelah tabel pengukuran kita peroleh, ada dua buah titik pengukuran yang mendapatkan hasil, yaitu titik 1-3 sebesar 0,720 VDC dan titik 2-3 sebesar 0,716 VDC (lihat gambar di atas). Maka saatnya kita menentukan kaki dan jenis transistor, dengan cara: Basis merupakan angka yang sama yang terdapat pada dua buah titik ukur Jenis NPN atau PNP nya bisa kita tentukan dengan melihat probe mana yang terhubung kaki basis. Apabila titik basis terhubung probe hitam, Kelompok II 135

136 maka transistor jenis PNP, dan bila titik basis terhubung probe merah, maka transistor jenis NPN Bias maju Emitter-Base lebih besar dari Collector-Base, atau E-B > C-B, pada transistor jenis PNP. Bias maju Base-Emitor lebih besar dari Base- Collector, atau B-E > B-C, pada transistor jenis NPN Sehingga kita dapatkan kesimpulan: 1. Pada titik 3 kaki basis transistor C Transistor C945 merupakan jenis NPN, basis berada diprobe merah 3. Pada titik 1 kaki emitor dan pada titik 2 kaki kolektor transistor C945, karena titik 1-3 > Gambar transistor C945 seperti terlihat dibawah ini Cara mudah mengecek kondisi dioda Kelompok II 136

137 Dalam Ilmu Elektronika dioda merupakan salah satu komponen yang sering di pergunakan untuk menyearahkan sebuah gelombang listrik. Komponen seperti dioda biasanya dapat di jumpai dalam rangkaian rangkaian penyearah baik penyearah gelombang penuh ataupun penyearah setengah gelombang. Dioda adalah salah satu komponen elektronika pasif. Dioda memiliki buah dua kutub yaitu kaki anoda dan kaki katoda. Dioda terbuat dari bahan semi konduktor tipe P dan semi konduktor tipe N yang di saling dihubungkan. Karena sifat dioda yang bekerja sebagai konduktor jika kita beri bias maju dan bekerja sebagai isolator pada bias mundur, maka.. dioda sering digunakan sebagai penyearah (rectifier) arus bolak-balik. Contoh penggunaannya adalah pada rangkaian adaptor, DC power supply (Catu Daya DC) dan sebagainya. Untuk mengetahui dioda dalam keadaan baik atau rusak kita dapat mengukurnya menggunakan Multimeter atau ohmmeter. Karena sifat dioda hanya mampu mengalirkan arus searah saja maka pemasangan multimeter terhadap dioda harus dilakukan dengan cara sebagai berikut : 1. Terminal positif (+) Multimeter di hubungkan dengan kaki katoda dioda. 2. Terminal negatif (-) Multimeter dihubungkan dengan kaki anoda dioda. Gambar berikut merupakan contoh cara pemasangan multimeter terhadap dioda : Keterangan gambar : Kelompok II 137

138 1. Pada rangkaian gambar A, apabila pointer dari multimeter atau ohmmeter menunjukan nilai tertentu, maka dioda tersebut dapat di katakan rusak. Karena pada dioda tersebut sudah terjadi hubung singkat. 2. Pada rangkaian gambar B, apabila pointer dari multimeter atau ohmmeter tidak menunjukan sama sekali, maka dioda dapat dikatakn rusak karena sudah putus. Menguji Kondensator Caranya adalah dengan langkah-langkah berikut di bawah ini: a. Mula-mula saklar multimeter diputar ke atas. Tanda panah ke atas tepatnya R x Ohm b. Kalibrasi sampai jarum multimeter menunjukkan angka nol tepat saat dua colok (+) dan colok (-) dihubungkan. Putar adjusment untuk menyesuaikan. c. Hubungkan colok (-) dengan kaki berkutub negatif kondensator, sedangkan colok (+) dengan kaki positif kondensator. Lihat jarum. Apabila bergerrak dan tidak kembali berarti komponen tersebut masih baik. Jika bergerak dan kembali tetapi tidak seperti posisi semula berarti komponen rusak. Dan apabila jarum tidak bergerak sama sekali dipastikan putus. Kelompok II 138