LANDASAN TEORI BAB II

Transkripsi

1 4 BAB II LANDASAN TEORI 2.1.Pengertian suhu dan kelembaban Suhu atau temperatur udara adalah derajat panas dari aktivitas molekul dalam atmosfer. Alat untuk mengukur suhu atau temperatur udara atau derajat panas disebut termometer. Biasanya pengukuran suhu atau temperatur udara dinyatakan dalam skala Celcius (C), Reamur (R), dan Fahrenheit (F). Kelembaban udara adalah banyaknya uap air yang terkandung dalam massa udara pada saat dan tempat tertentu. Alat untuk mengukur kelembaban udara disebut psychrometer atau hygrometer. Kelembaban udara dapat dibedakan menjadi: 1. Kelembaban mutlak atau kelembaban absolut, yaitu kelembaban yang menunjukkan berapa gram berat uap air yang terkandung dalam satu meter kubik udara. 2. Kelembaban nisbi atau kelembaban relatif, yaitu bilangan yang menunjukkan berapa persen perbandingan antara jumlah uap air yang terkandung dalam udara dan jumlah uap air maksimum yang dapat ditampung oleh udara tersebut Jenis-jenis alat ukur suhu dan kelembaban Termometer Termometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu (temperatur), ataupun perubahan suhu. Istilah termometer berasal dari bahasa Latin thermo yang berarti panas dan meter yang berarti untuk mengukur. Gambar.2.1. Termometer

2 Barometer Barometer adalah sebuah alat yang digunakan untuk mengukur tekanan udara. Barometer umum digunakan dalam peramalan cuaca, dimana tekanan udara yang tinggi menandakan cuaca yang "bersahabat", sedangkan tekanan udara rendah menandakan kemungkinan badai. Gambar 2.2.Barometer Higrometer Higrometer adalah sejenis alatuntuk mengukur tingkat kelembaban pada suatu tempat. Biasanya alat ini ditempatkan di dalam bekas (container) penyimpanan barang yang memerlukan tahap kelembapan yang terjaga seperti dry box penyimpanan kamera. Kelembaban yang rendah akan mencegah pertumbuhan jamur yang menjadi musuh pada peralatan tersebut. Higrometer juga banyak dipakai di ruangan pengukuran dan instrumentasi untuk menjaga kelembapan udara yang berpengaruh terhadap keakuratan alat-alat pengukuran. Kini Higrometer banyak dipakai untuk pengukur kelembaban ruangan pada budidaya jamur, kandang reptil, sarang burung walet maupun untuk pengukuran kelembaban pada penetasan telur.

3 6 Gambar2.3. Higrometer Landasan teori sangat membantu untuk dapat memahami suatu sistem.selain dari pada itu dapat juga dijadikan sebagai bahan acuan didalam merencanakan suatu sistem.dengan pertimbangan hal-hal tersebut, maka landasan teori merupakan bagian yang harus dipahami untuk pembahasan selanjutnya.pengetahuan yang mendukung perancangan alat meliputi sensor DHT11, mikrokontroler ATMega16A dan LCD (Liquid Crystal Display) Sensor DHT 11 Untuk mendeteksi kelembaban udara dan suhu digunakan sebuah sensor DHT11 yang dapat dikalibrasikan langsung, DHT11 ini difungsikan sebagai basic relative humidity and temperature sensor seperti pada gambar 2.1 dibawah ini. Gambar 2.4.Sensor DHT11

4 7 DHT11 adalah sensor Suhu dan Kelembaban udara, DHT11 memiliki keluaran sinyal digital yang dikalibrasi dengan sensor suhu dan kelembaban yang kompleks.teknologi ini memastikan keandalan tinggi dan sangat baik stabilitasnya dalam jangka panjang.mikrokontroler terhubung pada kinerja tinggi sebesar 8 bit. Sensor ini termasuk elemen resistif dan perangkat pengukur suhu NTC.Memiliki kualitas yang sangat baik, respon cepat, kemampuan anti-gangguan dan keuntungan biaya tinggi kinerja. Dengan menggunakan teknik digital-signal eksklusif dan suhu & teknologipenginderaan kelembaban, memastikan keandalan yang tinggi dan stabilitas jangka panjang yang sangat baik. Sensor ini termasuk resistif-jenis komponen pengukuran kelembaban dan komponen pengukuran suhu NTC, dan terhubung ke kinerja tinggi 8-bit mikrokontroler, menawarkan kualitas yang sangat baik, respon cepat, kemampuan anti-gangguan, dan efektivitas biaya. Setiap elemen DHT11 ketat dikalibrasi di laboratorium yang sangat akurat pada kelembaban kalibrasi. Koefisien kalibrasi disimpan sebagai program dalam memori OTP, yang digunakan oleh proses mendeteksi sinyal internal sensor. Antarmuka serial tunggal kawat membuat integrasi sistem cepat dan mudah. Ukurannya yang kecil, konsumsi daya yang rendah dan up-to-20 transmisi sinyal meter yang menjadikannya pilihan terbaik untuk berbagai aplikasi, termasuk yang paling menuntut. Komponen adalah 4-pin baris tunggal pin paket. Mudah untuk menghubungkan dan paket khusus yang dapat diberikan sesuai dengan permintaaan. Setiap sensor DHT11 memiliki fitur kalibrasi sangat akurat dari kelembaban ruang kalibrasi. Koefisien kalibrasi yang disimpan dalam memori program OTP, sensor internal mendeteksi sinyal dalam proses, kita harus menyebutnya koefisien kalibrasi. Sistem antarmuka tunggal-kabel serial terintegrasi untuk menjadi cepat dan mudah.kecil ukuran, daya rendah, sinyal transmisi jarak hingga 20 meter, sehingga berbagai aplikasi dan bahkan aplikasi yang paling menuntut. Produk ini 4-pin pin baris paket tunggal. Koneksi nyaman, paket khusus dapat diberikan sesuai dengan kebutuhan pengguna.

5 8 Spesifikasi: Pasokan Voltage: 5 V Rentang temperatur:0-50 C kesalahan ± 2 C Kelembaban:20-90% RH ± 5% RH error Interface: Digital Mikrokontroler ATMega16A Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer lengkap dalam satu serpih (chip). Mikrokontroler berfungsi sebuah chip yang sebagai pengontrol rangkaian elektronik dan umunya dapat menyimpan programterdiri dari CPU (Central Processing Unit), memori, I/O tertentu dan unit pendukung seperti Analog-to-Digital Converter (ADC) yang sudah terintegrasi di dalamnya. Kelebihan utama dari mikrokontroler ialah tersedianya RAM dan peralatan I/O pendukung sehingga ukuran mikrokontroler menjadi sangat ringkas.. Mikrokontroler lebih dari sekedar sebuah mikroprosesor karena sudah terdapat atau berisikan ROM (Read-Only Memory), RAM (Read-Write Memory), beberapa bandar masukan maupun keluaran, dan beberapa peripheral seperti pencacah atau pewaktu, ADC (Analog to Digital converter), DAC (Digital to Analog converter) dan serial komunikasi. 2.3.Arsitektur ATMEGA16 Mikrokontroler ini menggunakan arsitektur Harvard yang memisahkan memori program dari memori data, baik bus alamat maupun bus data, sehingga pengaksesan program dan data dapat dilakukan secara bersamaan (concurrent). Secara garis besar mikrokontroler ATMega16 terdiri dari : 1. Arsitektur RISC dengan throughput mencapai 16 MIPS pada frekuensi 16Mhz. 2. Memiliki kapasitas Flash memori 16Kbyte, EEPROM 512 Byte, dan SRAM Kbyte 3. Saluran I/O 32 buah, yaitu Bandar A, Bandar B, Bandar C, dan Bandar D.

6 9 4. CPU yang terdiri dari 32 buah register. 5. User interupsi internal dan eksternal 6. Bandar antarmuka SPI dan Bandar USART sebagai komunikasi serial 7. Fitur Peripheral Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan perbandingan (compare) Dua buah Timer/Counter 8 bit dengan Prescaler terpisah dan Mode Compare Satu buah Timer/Counter 16 bit dengan Prescaler terpisah, Mode Compare dan Mode Capture Real Time Counter dengan Oscillator tersendiri Empat kanal PWM 8 kanal ADC 8 Single-ended Channel dengan keluaran hasil konversi 8 dan 10 resolusi (register ADCH dan ADCL) 7 Diferrential Channel hanya pada kemasan Thin Quad Flat Pack (TQFP) 2 Differential Channel dengan Programmable Gain Antarmuka Serial Peripheral Interface (SPI) Bus Watchdog Timer dengan Oscillator Internal 9 On-chip Analog Comparator 9. Non-volatile program memory

7 10 Gambar 2.5. Blok diagram ATMega Konfigurasi pin ATMega16A ATmega16A adalah sebuah CMOS 8-bit mikrokontroler berbasis AVRdengan arsitektur RISC. AVR dapat mengeksekusi sebuah instruksi dengan 1 siklus clock, sehingga ATmega16A dapat mencapai sekitar kecepatan eksekusi 1 MIPS per Hz. Oleh karena itu ATmega16A mengoptimisasi konsumsi daya dan kecepatan proses. Konfigurasi pena (pin) mikrokontroler Atmega16 dengan kemasan 40- pena dapat dilihat pada Gambar 2.2. Dari gambar tersebut dapat terlihat ATMega16 memiliki 8 pena untuk masing-masing Port A, Port B, Port C, dan Port D.

8 11 Gambar 2.6. Pena-Pena Atmega16 Konfigurasi pin ATMEGA16 dengan kemasan 40 pin Dual In-line Package (DIP) dapat dilihat pada Gambar dari gambar diatas dapat dijelaskan fungsi dari masing-masing pin ATMEGA16 sebagai berikut. 1. VCC merupakan pin yang brfungsi sebagai masukan catu daya 2. GND merupakan pin Ground 3. Port A (PA0 PA7) merupakan pin input/output dua arah (full duplex) dan selain itu merupakan pin masukan ADC

9 12 Tabel pin ATMega 16 Pin No. Pin name Description Alternate Function 1 (XCK/T0) I/O PORTB, Pin T0: Timer0 External Counter Input. PB0 0 XCK : USART External Clock I/O 2 (T1) PB1 I/O PORTB, Pin 1 T1:Timer1 External Counter Input 3 AIN0: Analog Comparator Positive (INT2/AIN I/O PORTB, Pin I/P 0) PB2 2 INT2: External Interrupt 2 Input AIN1: Analog Comparator Negative 4 (OC0/AIN I/O PORTB, Pin I/P 1) PB3 3 OC0 : Timer0 Output Compare Match Output 5 (SS) PB4 I/O PORTB, Pin 4 6 (MOSI) I/O PORTB, Pin PB5 5 In System Programmer (ISP) 7 (MISO) I/O PORTB, Pin Serial Peripheral Interface (SPI) PB6 6 8 (SCK) PB7 I/O PORTB, Pin 7 9 RESET Reset Pin, Active Low Reset 10 Vcc Vcc = +5V 11 GND GROUND 12 XTAL2 Output to Inverting Oscillator Amplifier 13 XTAL1 Input to Inverting Oscillator Amplifier (RXD) I/O PORTD, Pin 14 USART Serial Communication PD0 0 Interface 15 (TXD) I/O PORTD, Pin

10 PD1 1 (INT0) I/O PORTD, Pin PD2 2 External Interrupt INT0 (INT1) I/O PORTD, Pin PD3 3 External Interrupt INT1 (OC1B) I/O PORTD, Pin PD4 4 (OC1A) I/O PORTD, Pin PD (ICP) PD6 I/O PORTD, Pin 6 21 PD7 (OC2) I/O PORTD, Pin 7 22 PC0 (SCL) I/O PORTC, Pin 0 23 PC1 I/O PORTC, Pin (SDA) 1 24 PC2 I/O PORTC, Pin (TCK) 2 25 PC3 I/O PORTC, Pin (TMS) 3 26 PC4 I/O PORTC, Pin (TDO) 4 27 PC5 (TDI) I/O PORTC, Pin 5 28 PC6 I/O PORTC, Pin (TOSC1) 6 29 PC7 I/O PORTC, Pin (TOSC2) 7 30 AVcc Voltage Supply = Vcc for ADC 31 GND GROUND 32 AREF Analog Reference Pin for ADC PWM Channel Outputs Timer/Counter1 Input Capture Pin Timer/Counter2 Output Compare Match Output TWI Interface JTAG Interface Timer Oscillator Pin 1 Timer Oscillator Pin 2

11 14 33 PA7 (ADC7) I/O PORTA, Pin 7 ADC Channel 7 34 PA6 (ADC6) I/O PORTA, Pin 6 ADC Channel 6 35 PA5 (ADC5) I/O PORTA, Pin 5 ADC Channel 5 36 PA4 (ADC4) I/O PORTA, Pin 4 ADC Channel 4 37 PA3 (ADC3) I/O PORTA, Pin 3 ADC Channel 3 38 PA2 (ADC2) I/O PORTA, Pin 2 ADC Channel 2 39 PA1 (ADC1) I/O PORTA, Pin 1 ADC Channel 1 40 PA0 (ADC0) I/O PORTA, Pin 0 ADC Channel DESKRIPSI MIKROKONTROLER ATMEGA16 1. VCC (Power Supply) dan GND (Ground) 2. Bandar A (PA7 PA0) Bandar A berfungsi sebagai input analog pada konverter A/D. Bandar A juga sebagai suatu bandar I/O 8-bit dua arah, jika A/D konverter tidak digunakan. Pena-pena Bandar dapat menyediakan resistor internal pull-up (yang dipilih untuk masing-masing bit). Ketika pena PA0 ke PA7 digunakan sebagai input dan secara eksternal ditarik rendah, pena-pena akan memungkinkan arus sumber jika resistor internal pull-up diaktifkan. 3. Bandar B (PB7..PB0) Bandar B adalah suatu bandar I/O 8-bit dua arah dengan resistor internal pullup (yang dipilih untuk beberapa bit). Sebagai input, pena Bandar B yang secara

12 15 eksternal ditarik rendah akan arus sumber jika resistor pull-up diaktifkan. Pena Bandar B adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif, sekalipun waktu habis. 4. Bandar C (PC7..PC0) Bandar C adalah suatu bandar I/O 8-bit dua arah dengan resistor internal pullup (yang dipilih untuk beberapa bit). Sebagai input, pena bandar C yang secara eksternal ditarik rendah akan arus sumber jika resistor pull-up diaktifkan. Pena bandar C adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif, sekalipun waktu habis. 5. Bandar D (PD7..PD0) Bandar D adalah suatu bandar I/O 8-bit dua arah dengan resistor internal pullup (yang dipilih untuk beberapa bit). Sebagai input, pena bandar D yang secara eksternal ditarik rendah akan arus sumber jika resistor pull-up diaktifkan. Pena Bandar D adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif, sekalipun waktu habis. 6. RESET (Reset input) 7. XTAL1 (Inp9ut Oscillator) 8. XTAL2 (Output Oscillator) 9. AVCC adalah pena penyedia tegangan untuk bandar A dan Konverter A/D. AREF adalah pena referensi analog untuk konverter A/D. 2.4 Peta Memori ATMega Memori Program Arsitektur ATMega16 mempunyai dua memori utama, yaitu memori data dan memori program.selain itu, ATMega16 memiliki memori EEPROM untuk menyimpan data.atmega16 memiliki 16K byte On-chip In-System Reprogrammable Flash Memory untuk menyimpan program. Instruksi ATMega16 semuanya memiliki format 16 atau 32 bit, maka memori flash diatur dalam 8K x 16 bit. Bootloader adalah program kecil yang bekerja pada saat sistem dimulai yang dapat memasukkan seluruh program aplikasi ke dalam memori prosesor.

13 16 Gambar 2.7. Peta Memori ATMega LCD (Liquid Crystal Display) Display elektronik adalah salah satu komponen elektronika yang berfungsi sebagai tampilan suatu data, baik karakter, huruf ataupun grafik. LCD (Liquid Cristal Display) adalah salah satu jenis display elektronik yang dibuat dengan teknologi CMOS logic yang bekerja dengan tidak menghasilkan cahaya tetapi memantulkan cahaya yang ada di sekelilingnya terhadap front-lit atau mentransmisikan cahaya dari back-lit. LCD (Liquid Cristal Display) berfungsi sebagai penampil data baik dalam bentuk karakter, huruf, angka ataupun grafik.material LCD (Liquid Cristal Display) LCD adalah lapisan dari campuran organik antara lapisan kaca bening dengan elektroda transparan indium oksida dalam bentuk tampilan seven-segment dan lapisan elektroda pada kaca belakang. LCD sangat berfungsi sebagai penampil yang nantinya akan digunakan untuk menampilkan status kerja alat. Adapun fitur yang disajikan dalam LCD ini adalah : a. Terdiri dari 16 karakter dan 2 baris. b. Mempunyai 192 karakter tersimpan. c. Terdapat karakter generator terprogram. d. Dapat dialamati dengan mode 4-bit dan 8-bit. e. Dilengkapi dengan back light.

14 17 Gambar.2.8. LCD (Liquid crystal display) Pin Deskripsi 1 Ground 2 Vcc 3 Pengatur kontras 4 RS Instruction/Register Select 5 R/W Read/Write LCD Registers 6 EN Enable Data I/O Pins 15 Vcc 16 Ground

15 Cara Kerja LCD 2 Secara Umum Pada aplikasi umumnya RW diberi logika rendah 0. Bus data terdiri dari 4-bit atau 8-bit. Jika jalur data 4-bit maka yang digunakan ialah DB4 sampai dengan DB7. Sebagaimana terlihat pada table diskripsi, interface LCD merupakan sebuah parallel bus, dimana hal ini sangat memudahkan dan sangat cepat dalam pembacaan dan penulisan data dari atau ke LCD. Kode ASCII yang ditampilkan sepanjang 8-bit dikirim ke LCD secara 4-bit atau 8 bit pada satu waktu. Jika mode 4-bit yang digunakan, maka 2 nibble data dikirim untuk membuat sepenuhnya 8-bit (pertama dikirim 4-bit MSB lalu 4-bit LSB dengan pulsa clock EN setiap nibblenya). Jalur kontrol EN digunakan untuk memberitahu LCD bahwa mikrokontroller mengirimkan data ke LCD. Untuk mengirim data ke LCD program harus menset EN ke kondisi high 1 dan kemudian menset dua jalur kontrol lainnya (RS dan R/W) atau juga mengirimkan data ke jalur data bus. Saat jalur lainnya sudah siap, EN harus diset ke 0 dan tunggu beberapa saat (tergantung pada datasheet LCD), dan set EN kembali ke high 1. Ketika jalur RS berada dalam kondisi low 0, data yang dikirimkan ke LCD dianggap sebagai sebuah perintah atau instruksi khusus (seperti bersihkan layar, posisi kursor dll). Ketika RS dalam kondisi high atau 1, data yang dikirimkan adalah data ASCII yang akan ditampilkan dilayar. Misal, untuk menampilkan huruf A pada layar maka RS harus diset ke 1. Jalur kontrol R/W harus berada dalam kondisi low (0) saat informasi pada data bus akan dituliskan ke LCD. Apabila R/W berada dalam kondisi high 1, maka program akan melakukan query (pembacaan) data dari LCD. Instruksi pembacaan hanya satu, yaitu Get LCD status (membaca status LCD), lainnya merupakan instruksi penulisan. Jadi hampir setiap aplikasi yang menggunakan LCD, R/W selalu diset ke 0. Jalur data dapat terdiri 4 atau 8 jalur (tergantung mode yang dipilih pengguna), DB0, DB1, DB2, DB3, DB4, DB5, DB6 dan DB7. Mengirim data secara parallel baik 4-bit atau 8-bit merupakan 2 mode operasi primer. Untuk membuat sebuah aplikasi interface LCD, menentukan mode operasi merupakan hal yang paling penting. Mode 8-bit sangat baik digunakan ketika kecepatan menjadi keutamaan dalam sebuah aplikasi dan setidaknya minimal tersedia 11 pin I/O (3 pin untuk kontrol, 8 pin

16 19 untuk data).sedangkan mode 4 bit minimal hanya membutuhkan 7-bit (3 pin untuk kontrol, 4 pin untuk data). Bit RS digunakan untuk memilih apakah data atau instruksi yang akan ditransfer antara mikrokontroller dan LCD. Jika bit ini di set (RS = 1), maka byte pada posisi kursor LCD saat itu dapat dibaca atau ditulis. Jika bit ini di reset (RS = 0), merupakan instruksi yang dikirim ke LCD atau status eksekusi dari instruksi terakhir yang dibaca. Gambar 2.9.Aplikasi LCD dengan simulasi program PROTEUS