BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 16 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sensor Infra Merah Sinar infra merah adalah radiasi elektromagnetik dari panjang gelombang lebih panjang dari cahaya tampak, tetapi lebih pendek dari radiasi gelombang radio. Sinar infra merah merupakan cahaya yang tidak tampak. Radiasi infra merah memiliki panjang gelombang antara 700 nm sampai 1 mm dan berada pada spektrum berwarna merah. Jika dilihat dengan spektroskop cahaya maka radiasi cahaya infra merah akan nampak pada spektrum elektromagnet dengan panjang gelombang diatas panjang gelombang cahaya merah. Dengan panjang gelombang ini maka cahaya infra merah tidak akan tampak oleh mata namun radisi panas yang ditimbulkannya masih terasa/ dideteksi. Pada dasarnya komponen yang menghasilkan panas juga menghasilkan radiasi infra merah termasuk tubuh manusia maupun tubuh binatang. Cahaya infra merah mempunyai panjang gelombang yang sangat panjang tetapi tidak dapat menembus bahan - bahan yang tidak dapat melewatkan cahaya yang nampak sehingga cahaya infra merah tetap mempunyai karakteristik seperti halnya cahaya yang nampak oleh mata. Gambar 2.1 Infra Merah

2 17 Gambar 2.2 Simbol Infra Merah Sifat-sifat cahaya infra merah : 1. Tidak tampak manusia 2. Tidak dapat menembus materi yang tidak tembus pandang 3. Dapat ditimbulkan oleh komponen yang menghasilkan panas Komunikasi Infra merah dilakukan dengan menggunakan dioda infra merah sebagai pemancar dan modul penerima infra merah sebagai penerimanya. Untuk jarak yang cukup jauh, kurang lebih tiga sampai lima meter, pancaran data infra merah harus dimodulasikan terlebih dahulu untuk menghindari kerusakan data akibat noise. Sinar infra merah yang dipancarkan oleh pemancar infra merah tentunya mempunyai aturan tertentu agar data yang dipancarkan dapat diterima dengan baik pada penerima. Oleh karena itu baik di pengirim infra merah maupun penerima infra merah harus mempunyai aturan yang sama dalam mentransmisikan (bagian pengirim) dan menerima sinyal tersebut kemudian mendekodekannya kembali menjadi data biner (bagian penerima). Komponen yang dapat menerima infra merah ini merupakan komponen yang peka cahaya, dapat berupa dioda (photodioda) atau transistor (phototransistor). Komponen ini akan merubah energi cahaya, dalam hal ini energi cahaya infra merah, menjadi pulsa - pulsa sinyal listrik. Komponen ini harus mampu mengumpulkan sinyal infra merah sebanyak mungkin sehingga pulsa - pulsa sinyal listrik yang dihasilkan kualitasnya cukup baik. Prinsip utama dari rangkaian sensor infra merah seperti layaknya sebuah saklar yang memberikan perubahan tegangan apabila terdapat penghalang diantara tranceiver dan receiver. Sensor ini memiliki dua buah piranti yaitu rangkaian pembangkit/pengirim (Led Infra Merah) dan rangkaian penerima (Fotodioda). Rangkaian pembangkit/pengirim memancarkan sinar infra merah, kemudian

3 18 pancarannya diterima oleh penerima (fotodioda) sehingga bersifat menghantar akibatnya tegangan akan jatuh sampai sama dengan tegangan ground (0). Dan sebaliknya apabila tidak mendapat pancaran sinar infra merah maka akan menghasilkan tegangan. 2.2 Fotodioda Fotodioda berbeda dengan dioda biasa. Fotodioda adalah suatu jenis dioda yang resistansinya berubah - ubah jika cahaya yang jatuh pada dioda berubah - ubah intensitasnya. Fotodioda digunakan sebagai saklar elektronik yang bereaksi akibat perubahan intensitas cahaya. Dalam keadaan gelap nilai tahananya sangat besar hingga praktis tidak ada arus yang mengalir. Semakin besar cahaya yang jatuh pada dioda maka semakin kecil nilai tahanannya, sehingga arus yang mengalir semakin besar. Begitu juga kebalikannya, jika cahaya yang jatuh pada dioda kecil maka tahanannya akan besar, sehingga arus yang mengalir kecil. Gambar 2.3 Fotodioda Fotodioda adalah jenis dioda yang berfungsi mendeteksi cahaya. Fotodioda merupakan sensor cahaya semikonduktor yang dapat mengubah besaran cahaya menjadi besaran listrik. Fotodioda termasuk dioda dengan sambungan p-n yang dipengaruhi cahaya dalam kerjanya. Cahaya yang dapat dideteksi oleh fotodioda ini mulai dari cahaya infra merah, cahaya tampak, ultra ungu sampai dengan sinar-x. Aplikasi fotodioda mulai dari penghitung kendaraan di jalan umum secara otomatis, pengukur cahaya pada kamera serta beberapa peralatan di bidang medis.

4 19 Gambar 2.4 Simbol Fotodioda Prinsip kerja dari fotodioda jika sebuah sambungan p-n dibias maju dan diberikan cahaya padanya maka pertambahan arus sangat kecil sedangkan jika sambungan p-n dibias mundur arus akan bertambah cukup besar. Cahaya yang dikenakan pada fotodioda akan mengakibatkan terjadinya pergeseran foton yang akan menghasilkan pasangan elektron-hole dikedua sisi dari sambungan. Ketika elektron - elektron yang dihasilkan itu masuk ke pita konduksi maka electron - elektron itu akan mengalir ke arah positif sumber tegangan sedangkan hole yang dihasilkan mengalir ke arah negatif sumber tegangan sehingga arus akan mengalir di dalam rangkaian. Besarnya pasangan elektron ataupun hole yang dihasilkan tergantung dari besarnya intensitas cahaya yang dikenakan pada fotodioda RFID (Radio Frequency Identification) Pengertian RFID RFID (Radio Frequency Identification) adalah teknologi identifikasi seseorang atau objek dengan menggunakan frekuensi transmisi radio. RFID menggunakan frekuensi radio untuk membaca informasi dari sebuah perangkat kecil yang disebut tag atau transponder (Transmitter + Responder). Tag RFID akan mengenali diri sendiri ketika mendeteksi sinyal dari perangkat yang kompatibel, yaitu pembaca RFID (RFID Reader). Tag RFID dapat dibaca dalam keadaan situasi rawan pada kecepatan luar biasa, umumnya merespon dalam waktu kurang dari 100 milidetik. Tag RFID adalah sebuah objek yang kecil seperti lem stiker yang dapat disertakan atau disatukan kedalam sebuah produk.

5 Jenis RFID Penggolongan RFID berdasarkan catu daya terdiri dari: 1. RFID aktif RFID aktif menggunakan sumber daya internal, seperti baterai sehingga akan mengurangi daya yang diperlukan oleh pembaca RFID dan tag dapat mengirimkan informasi dalam jarak yang lebih jauh. Kelemahan dari tipe tag ini adalah harganya yang mahal dan ukurannya yang lebih besar karena lebih komplek. Semakin banyak fungsi yang dapat dilakukan oleh tag RFID maka rangkaiannya akan semakin komplek dan ukurannya akan semakin besar. 2. RFID pasif RFID pasif adalah RFID tag yang catu dayanya diperoleh dari medan yang dihasilkan oleh pembaca RFID. Rangkaiannya lebih sederhana, harganya jauh lebih murah, ukurannya kecil, dan lebih ringan. Kelemahannya adalah tag hanya dapat mengirimkan informasi dalam jarak yang dekat dan pembaca RFID harus menyediakan daya tambahan untuk tag RFID. 3. RFID semi - pasif RFID semi - pasif menggunakan sumber daya internal untuk memantau kondisi lingkungan, tetapi membutuhkan energi RF ditransfer dari pembaca / interogator mirip dengan tag pasif untuk daya respon tag. Semi - pasif RFID tag menggunakan proses untuk menghasilkan respon tag mirip dengan tag pasif. Semi - pasif tag berbeda dari pasif dalam tag semi pasif memiliki sumber daya internal (baterai) untuk sirkuit tag ini yang memungkinkan tag untuk menyelesaikan fungsi lain seperti pemantauan kondisi lingkungan (suhu, shock) dan yang dapat memperpanjang sinyal tag jangkauan.

6 21 Tabel 2.1 Perbandingan RFID Aktif, Semi-Pasif dan Pasif Tipe Karakteristik Sumber Energi Aktif Baterai pada label Semi Pasif Baterai untuk menjalankan chip, Energi gelombang radio dari reader untuk Pasif Energi gelombang radio dari reader untuk menjalankan chip dan komunikasi komunikasi hanya di dalam jangkauan reader Ketersediaan sinyal gelombang radio Selalu ada 100 feet Rendah Hanya di dalam jangkauan reader, kurang dari 10 feet Kekuatan sinyal Tinggi Rendah Sangat rendah Kebutuhan sinyal yang kuat Sangat rendah Sangat tinggi Bidang penerapan Berguna untuk label barang yang bernilai tinggi untuk di scan dalam jarak jauh, misal mobil Berguna untuk barang yang bervolume tinggi dan bisa discan dalam jaran dekat, misal perdagangan ritel Sistem RFID Sistem RFID terdiri dari empat komponen antara lain:

7 22 1. Tag RFID Tag RFID adalah perangkat yang dibuat dari rangkaian elektronika dan antena yang terintegrasi di dalam rangkaian tersebut. Rangkaian elektronik dari tag RFID umumnya memiliki memori sehingga tag ini mempunyai kemampuan untuk menyimpan data. Memori pada tag secara dibagi menjadi sel-sel. Beberapa sel menyimpan data Read Only, misalnya serial number yang unik yang disimpan pada saat tag tersebut diproduksi. Sel lain pada RFID mungkin juga dapat ditulis dan dibaca secara berulang. 2. Antena Antena digunakan untuk mentransmisikan sinyal frekuensi radio antara pembaca RFID dengan tag RFID. 3. Pembaca RFID / Reader Pembaca RFID adalah perangkat yang kompatibel dengan tag RFID yang akan berkomunikasi secara wireless dengan tag. Sebuah pembaca RFID harus menyelesaikan dua buah tugas, yaitu: Menerima perintah dari software aplikasi Berkomunikasi dengan tag RFID Pembaca RFID merupakan penghubung antara software aplikasi dengan antena yang akan meradiasikan gelombang radio ke tag RFID. Gelombang radio yang diemisikan oleh antena berpropagasi pada ruangan di sekitarnya. Akibatnya data dapat berpindah secara wireless ke tag RFID yang berada berdekatan dengan antena. Pembaca bisa ditempelkan dalam posisi stasioner (misalnya, di samping ban berjalan di pintu pabrik atau dermaga di gudang), portabel (diintegrasikan ke dalam komputer mobile yang juga dapat digunakan untuk memindai kode bar), atau bahkan tertanam dalam elektronik peralatan seperti print-on-demand printer label. 4. Software Aplikasi Sofware aplikasi adalah aplikasi pada sebuah workstation atau PC yang dapat membaca data dari tag melalui pembaca RFID. Baik tag dan pembaca RFID dilengkapi dengan antena sehingga dapat menerima dan memancarkan gelombang elektromagnetik.

8 Frekuensi Kerja RFID Ada beberapa band frekuensi yang digunakan untuk sistem RFID. Pemilihan dari frekuensi kerja sistem RFID akan mempengaruhi jarak komunikasi, interferensi dengan frekuensi sistem radio lain, kecepatan komunikasi data, dan ukuran antena. Tag RFID dan pembaca harus disetel ke frekuensi yang sama untuk berkomunikasi. Sistem RFID menggunakan frekuensi yang berbeda, tetapi yang paling umum adalah frekuensi rendah (30 khz 500 khz), frekuensi tinggi (13,56 MHz) dan ultra-tinggi-frekuensi atau UHF ( MHz). Microwave (2,45 GHz) juga digunakan dalam beberapa aplikasi. Gambar 2.5 Frekuensi yang dapat digunakan RFID Pada frekuensi rendah, tag pasif tidak dapat mentransmisikan data dengan jarak yang jauh, karena keterbatasan daya yang diperoleh dari medan elektromagnetik. Akan tetapi komunikasi tetap dapat dilakukan tanpa kontak langsung. Pada kasus ini hal yang perlu mendapatkan perhatian adalah tag pasif harus terletak jauh dari objek logam, karena logam secara signifikan mengurangi fluks dari medan magnet. Akibatnya tag RFID tidak bekerja dengan baik, karena tag tidak menerima daya minimum untuk dapat bekerja. Pada frekuensi tinggi, jarak komunikasi antara tag aktif dengan pembaca RFID dapat lebih jauh, tetapi masih terbatas oleh daya yang ada. Sinyal elektromagnetik

9 24 pada frekuensi tinggi juga mendapatkan pelemahan (atenuasi) ketika tag tertutupi oleh es atau air. Pada kondisi terburuk, tag yang tertutup oleh logam tidak terdeteksi oleh pembaca RFID. Ukuran antena yang harus digunakan untuk transmisi data bergantung dari panjang gelombang elektromagnetik. Untuk frekuensi yang rendah, maka antena harus dibuat dengan ukuran yang lebih besar dibandingkan dengan RFID dengan frekuensi tinggi Cara Kerja RFID RFID menggunakan RF (Gelombang radio/gelombang elektromagnetik) sinyal untuk memindahkan informasi dari RFID tag ke reader, sehingga dapat beroperasi diberbagai macam kondisi lingkungan yang berbeda, dan memberikan tingkat integritas data yang tinggi. Gambar 2.6 Skema Kerja Perangkat RFID Ketika suatu RFID tag melewati daerah antena scanning, RFID tag akan mendeteksi sinyal aktivasi dari antena. Hal ini akan mengaktifkan chip RFID, lalu ia akan mengirimkan informasi pada microchipnya untuk ditangkap oleh scanning antenna. Tag RFID tidak memiliki catu daya sehingga antena berfungsi sebagai pencatu sumber daya dengan memanfaatkan medan magnet dari pembaca (reader) kemudian memodulasi medan magnet tersebut untuk nantinya digunakan kembali mengirim data yang ada dalam tag RFID. Pemgiriman data dari tag ke reader

10 25 menggunakan gelombang elektromagnetik kemudian diterima oleh antena pada label RFID. Pengiriman data dari label RFID berupa nomor serial yang tersimpan dalam label, dengan mengirim kembali gelombang radio ke reader. Informasi dikirim dan dibaca dari label RFID oleh reader menggunakan gelombang radio Format Data RFID Pembacaan format data yang dikeluarkan oleh RFID reader adalah dengan format output ASCII atau Wiegand 26-bit. Output data dengan format ASCII adalah yang paling banyak digunakan karena outputnya sangat mudah untuk dihubungkan pada mikrokontroller atau PC dengan menggunakan komunikasi serial UART Format Data ASCII Output yang memiliki format ASCII memiliki struktur sebagai berikut: Tabel 2.2 Data ASCII data karakter ASCII Checksum CR LF 03 (1 byte) (10 byte) (2 byte) (1 byte) (1 byte) (1 byte) ASCII (RS232) Pin1 Ground Zero volts and Tuning Capacitor Ground Pin2 Reset Bar Strap to +5V Pin3 Antenna NC Pin4 Antenna NC Pin5 Strap to Ground Pin6 CMOS Serial ASCII Pin7 TTL Data Serial ASCII inverted Pin8 BEEP/LED 2,7 KHz Logic Pin9 +4,6 through +5,5V Supply DC volts

11 26 Format data ASCII memiliki total panjang data 16 bytes dengan tambahan masing masing 1 byte sebagai start bit dan stop bit. Nilai checksum merupakan hasil dari exclusive OR dari 10 bytes data ASCII. CR dan LF merupakan kode kontrol yang akan menggeser cursor ke sebelah kiri tampilan, tetapi tidak akan menyebabkan perpindahan baris. Line Feed (LF) merupakan kode kontrol yang akan menyebabkan cursor berada pada baris selanjutnya Tingkat Akurasi Sistem RFID Tingkat akurasi RFID di definisikan sebagai tingkat keberhasilan RFID reader melakukan identifikasi sebuah tag yang berada pada area kerjanya. Keberhasilan dari proses identifikasi sangat dipengaruhi oleh beberapa batasan fisik, yaitu: 1. Posisi antena pada RFID reader 2. Karakteristik dari material lingkungan yang mencakup sistem RFID 3. Batasan catu daya 4. Frekuensi kerja sistem RFID 2.4. Mikrokontroler ATMega8535 Mikrokontroler adalah otak dari suatu sistem elektronika. Sebagai teknologi baru, yaitu teknologi semi konduktor dengan kandungan transistor yang lebih banyak namun hanya membutuhkan ruang kecil serta dapat diproduksi secara massal (dalam jumlah banyak) sehingga harga menjadi lebih murah (dibandingkan mikroprosessor). Sebagai kebutuhan pasar, mikrokontroler hadir untuk memenuhi selera industri dan para konsumen akan kebutuhan dan keinginan alat-alat bantu dan mainan yang lebih canggih serta dalam bidang pendidikan. Tidak seperti sistem komputer yang mampu menangani berbagai macam program aplikasi (misalnya pengolah kata, pengolah angka, dan lain sebagainya), mikrokontroler hanya bisa digunakan untuk satu aplikasi tertentu saja. Perbedaan lainnya terletak pada perbandingan RAM dan ROM-nya. Pada sistem komputer

12 27 perbandingan RAM dan ROM-nya besar, artinya program-program pengguna disimpan dalam ruang RAM yang relatif besar, sedangkan rutin-rutin antar muka perangkat keras disimpan dalam ruang ROM yang kecil. Sedangkan pada mikrokontroler, perbandingan ROM dan RAM-nya yang besar artinya program kontrol disimpan dalam ROM yang ukurannya relatif lebih besar, sedangkan RAM digunakan sebagai tempat penyimpanan sederhana sementara termasuk register-register yang digunakan pada mikrokontroler yang bersangkutan. Mikrokontroler saat ini sudah dikenal dan digunakan secara luas pada dunia industri. Banyak sekali penelitian atau proyek mahasiswa yang menggunakan berbagai versi mikrokontroler yang dapat dibeli dengan harga yang relatif murah. Hal ini dikarenakan produksi masal yang dilakukan oleh para produsen chip seperti Atmel, Maxim, dan Microchip. Mikrokontroler saat ini merupakan chip utama pada hampir setiap peralatan elektronika canggih. Alat-alat canggih sekarang ini sangat bergantung pada kemampuan mikrokontroler tersebut. Gambar 2.7 Bentuk Fisik Mikrokontroler Atmega Arsitektur Mikrokontroler ATMega 8535 Mikrokontroler AVR memiliki arsitektur RISC 8 bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit (16-bit word) dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 (satu) siklus clock, berbeda dengan instruksi MCS51 yang membutuhkan 12 siklus clock. Tentu saja itu terjadi karena kedua jenis mikrokontroler tersebut memiliki arsitektur yang berbeda. AVR berteknologi RISC (Reduced Instruction Set Computing), sedangkan seri MCS51 berteknologi CISC (Complex Instruction Set Computing). Secara umum AVR dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas, yaitu keluarga ATtiny,

13 28 keluarga AT90Sxx, keluarga ATmega, dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral, dan fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan, mereka bisa dikatakan hampir sama. Arsitektur ATMega8535 secara umum adalah sebagai berikut : a. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C dan Port D b. ADC (Analog to Digital Converter) 10 bit sebanyak 8 saluran c. 3 buah timer/counter dengan kemampuan perbandingan d. SRAM sebesar 512 byte e. Port antar muka SP18535 memory map f. Watchdog timer dengan silator internal g. 512 byte EEPROM yang dapat di program saat operasi h. 8 kb Flash memory dengan kemampuan Read While Write i. Unit interupsi internal dan eksternal j. 4 channel PWM k. 6 sleep modes : ADC Noise Reduction, Power-save, Power-down, Idle, standby dan extended standby l. Analog comparator Port USART untuk komunikasi serial dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps AVR ATMega8535 memiliki ruang pengalamatan memori data dan memori program yang terpisah. Memori data terbagi menjadi 3 bagian, yaitu 32 buah register umum, 64 buah register I/O, dan 512 byte SRAM Internal. Register keperluan umum menempati space data pada alamat terbawah, yaitu $00 sampai $1F. Sementara itu, register khusus untuk menangani I/O dan control terhadap mikrokontroller menempati 64 alamat berikutnya, yaitu mulai dari $20 hingga $5F. Register tersebut merupakan register yang khusus digunakan untuk mengatur fungsi terhadap berbagai peripheral mikrokontroller, seperti control register, timer/conter, fungsi-fungsi I/O, dan sebagainya. Register khusus alamat memori secara lengkap Alamat memori berikutnya digunakan untuk SRAM 512 byte, yaitu pada lokasi $60 sampai dengan $25F.

14 29 Gambar 2.8 Blok Diagram Fungsional ATMega8535

15 Konfigurasi Pin ATMega8535 Konfigurasi pin ATMega8535 bisa dilihat pada gambar 2.10 dibawah ini. Gambar 2.9 Pin ATMega8535 Keterangan: a. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya b. GND merupakan pin Ground c. Port A (PA0 PA7) merupakan pin I/O dan pin masukan ADC d. Port B (PB0 PB7) merupakan pin I/O yang mempunyai fungsi khusus yaitu Timer/Counter, komparator analog dan SPI e. Port C (PC0 PC7) merupakan port I/O dan pin yang mempunyai fungsi khusus, yaitu komparator analog dan timer oscillator f. Port D (PD0 PD1) merupakan port I/O dan pin fungsi khusus yaitu komparator analog dan interrupt eksternal serta komunikasi serial g. RESET merupakan pin yang digunakan untuk mereset mikrokontroler h. XTAL1 dan XTAL merupakan pin masukan clock eksternal i. AVCC merupakan pin masukan untuk tegangan ADC j. AREF merupakan pin masukan tegangan referensi untuk ADC

16 31 Data yang dipakai dalam mikrokontroler ATMega8535 dipresentasikan dalam sistem bilangan biner, desimal dan bilangan heksadesimal. Data yang terdapat di mikrokontroler dapat diolah dengan berbagai operasi aritmatik (penjumlahan, pengurangan, dan perkalian) maupun operasi nalar (AND, OR, dan EOR /eksklusif OR). AVR ATmega8535 memiliki tiga buah timer, yaitu: 1. Timer/counter 0 (8 bit) 2. Timer/counter 1 (16 bit) 3. Timer/counter 2 (8 bit) Karena ATMega8535 memiliki 8 saluran ADC maka untuk keperluan konversi sinyal analog menjadi data digital yang berasal dari sensor dapat langsung dilakukan prosesor utama. Beberapa karakteristik ADC internal ATMega8535 adalah: 1. Mudah dalam pengoperasian 2. Resolusi 10 bit 3. Memiliki 8 masukan analog 4. Konversi pada saat CPU sleep 5. Interrupt waktu konversi selesai 2.5 MAX 232 MAX232 adalah chip yang digunakan untuk menghubungkan antara isyarat RS232 dan UART. MAX232 adalah IC pertama yang dalam satu paket berisi driver dan penerima. MAX232 mempunyai 16 pin dan menggunakan tegangan 5V. Isyarat RS232 banyak terdapat pada komputer dan beberapa peralatan lain. Isyarat UART terdapat pada mikrokontroler atau IC (Integrated Circuit). Isyarat RS232 dan isyarat UART adalah hampir sama. Antara lain meliputi isyarat menghantar dan menerima (transmit and receive). Yang membedakan kedua isyarat ini hanyalah level tegangannya.

17 32 Gambar 2.10 Max-232. RS-232 adalah standar komunikasi serial yang didefenisikan sebagai antar muka antara perangkat terminal data dan perangkat kumunikasi data menggunakan pertukaran data biner secara serial. Standar RS-232 mendefenisikan kecepatan 256 kbps atau lebih rendah dengan jarak kurang dari 15 meter. Dengan susunan pin khusus yang disebut null modem cable, standar RS-232 dapat juga digunakan untuk komunikasi data antara dua komputer secara langsung. 2.6 Motor Stepper Motor Stepper adalah motor DC yang gerakannya bertahap (step per step) sesuai dengan pulsa yang diberikan padanya dan memiliki akurasi yang tinggi tergantung pada spesifikasinya. Pada umumnya motor stepper hanya mempunyai kumparan pada statornya sedangkan pada bagian rotornya merupakan magnet permanen. Dengan model motor seperti ini maka motor stepper dapat diatur posisinya pada posisi tertentu dan/atau berputar ke arah yang diinginkan, searah jarum jam atau sebaliknya. Kecepatan motor stepper pada dasarnya ditentukan oleh kecepatan pemberian data pada komutatornya. Semakin cepat data yang diberikan maka motor stepper akan semakin cepat pula berputarnya. Pada kebanyakan motor stepper kecepatannya dapat diatur dalam daerah frekuensi audio dan akan menghasilkan putaran yang cukup cepat.

18 Jenis Motor Stepper Berdasarkan metode perancangan rangkain pengendalinya, secara umum terdapat dua jenis motor stepper yaitu bipolar dan unipolar. 1. Motor Stepper Unipolar Motor stepper unipolar terdiri dari dua lilitan yang memiliki center tap. Center tap dari masing - masing lilitan ada yang berupa kabel terpisah ada juga yang sudah terhubung didalamnya sehingga center tap yang keluar hanya satu kabel. Untuk motor stepper yang center tapnya ada pada masing masing lilitan kabel inputnya ada 6 kabel. Namun jika center tapnya sudah terhubung di dalam kabel inputannya hanya 5 kabel. Center tap dari motor stepper dapat dihubungkan ke pentanahan atau ada juga yang menghubungkannya ke +VCC hal ini sangat dipengaruhi oleh driver yang digunakan. Sebagai gambaran dapat dilihat konstruksi motor stepper unipolar pada gambar berikut. Gambar 2.11 Konstruksi Motor Stepper Unipolar Motor ini mempunyai step tiap 30 dan mempunyai dua buah liliatan yang didistribusikan berseberangan 180 di antara kutub pada stator. Sedangkan pada rotornya menggunakan magnet permanen yang berbentuk silinder dengan mempunyai 6 buah kutub, 3 kutub selatan dan 3 buah kutub utara. Sehingga dengan konstruksi seperti ini maka jika dibutuhkan kepresisian dari motor stepper yang lebih tinggi dibutuhkan pula kutub - kutub pada stator dan rotor yang semakin banyak pula. Pada gambar 2.11, motor tersebut akan bergerak setiap step sebesar 30 dengan 4 bit urutan data (terdapat dua buah lilitan dengan tap, total lilitan menjadi 4 lilitan).

19 34 Ketelitian dari magnet permanen di rotor dapat sampai 1,8 untuk tiap stepnya. Ketika arus mengalir melalui tap tengah pada lilitan pertama akan menyebabkan kutub pada stator bagian atas menjadi kutub utara sedangkan kutub stator pada bagian bawah menjadi kutub selatan. Kondisi akan menyebabkan rotor mendapat gaya tarik menuju kutub - kutub ini. Dan ketika arus yang melalui lilitan 1 dihentikan dan lilitan 2 diberi arus maka rotor akan mengerak lagi menuju kutub - kutub ini. Sampai di sini rotor sudah berputar sampai 30 atau 1 step. 2. Motor stepper bipolar Motor stepper bipolar memiliki dua lilitan. Perbedaan dari tipe unipolar adalah bahwa pada tipe bipolar lilitannya tidak memiliki center tap. Keunggulan tipe bipolar yaitu memiliki torsi yang lebih besar jika dibandingkan dengan tipe unipolar untuk ukuran yang sama. Gambar 2.12 Konstruksi Motor Stepper Bipolar Pada motor stepper tipe ini hanya memiliki empat kabel masukan. Namun untuk menggerakan motor stepper tipe ini lebih rumit jika dibandingkan dengan menggerakan motor stepper tipe unipolar. 2.7 ULN2803 ULN2803 adalah chip Integrated Circuit (IC) berupa rangkaian transistor Darlinton dengan Tegangan Tinggi. Hal ini memungkinkan untuk membuat antar muka sinyal TTL dengan beban tegangan tinggi. Chip mengambil sinyal tingkat rendah (TLL, CMOS, PMOS, NMOS - yang beroperasi pada tegangan rendah dan arus rendah) dan

20 35 bertindak sebagai relay, menyalakan atau mematikan tingkat sinyal yang lebih tinggi di sisi yang berlawanan. Bentuk fisiknya dapat dilihat seperti gambar berikut. Gambar 2.13 ULN2803 Motor stepper merupakan motor yang bergerak dengan cara step per step atau langkah perlangkah. Pengontrolan motor ini berdasarkan pulsa - pulsa data yang diberikan dengan urutan yang tepat, namun selain itu pulsa yang diberikan harus mempunyai arus yang cukup besar untuk fase lilitan agar motor bisa bergerak. Untuk itu biasa digunakan IC ULN2803 sebagai driver motor stepper karena sifatnya seperti transistor darlington sehingga dapat menahan arus lebih besar dibandingkan jika motor langsung dicatu dari port mikrokontroler bisa menyebabkan kerusakan akibat kelebihan arus. Secara fisik ULN2803 adalah konfigurasi IC 18-pin dan berisi delapan transistor NPN. Pins 1-8 menerima sinyal tingkat rendah, pin 9 sebagai grounding (untuk referensi tingkat sinyal rendah). Pin 10 adalah COM pada sisi yang lebih tinggi dan umumnya akan dihubungkan ke tegangan positif. Pins adalah output (Pin 1 untuk Pin 18, Pin 2 untuk 17, dst). Gambar 2.14 Konfigurasi Pin ULN 2803

21 36 Sebuah sinyal TTL beroperasi dalam selang 0-5V, dengan segala sesuatu antara 0,0 dan 0.8V dianggap "rendah" (off), dan 2,2 sampai 5.0V dianggap "tinggi" (on). Daya maksimum yang tersedia pada sinyal TTL tergantung pada jenisnya, tetapi umumnya tidak melebihi 25mW (~ 5V), sehingga tidak cukup untuk sesuatu seperti kumparan relay. Di sisi output ULN2803 umumnya berada pada selang nilai 50V/500mA, sehingga dapat mengoperasikan beban kecil secara langsung. Pada aplikasi lain, sering digunakan untuk daya kumparan dari satu atau lebih relay, yang memungkinkan tegangan yang lebih tinggi atau arus yang lebih kuat, dikontrol oleh sinyal tingkat rendah. Dalam aplikasi arus kuat (listrik), ULN2803 menggunakan tingkat rendah (TTL) sinyal untuk mengaktifkan ataupun mematikan sinyal tegangan/arus yang lebih tinggi pada sisi output. 2.8 IC LM324 IC LM324 merupakan IC Operational Amplifier, IC ini mempunyai 4 buah op-amp yang berfungsi sebagai komparator. IC ini mempunyai tegangan kerja antara +5 V sampai +15V untuk +Vcc dan -5V sampai -15V untuk -Vcc. Bentuk fisik IC LM324 dapat dilihat seperti gambar di bawah ini. Gambar 2.15 Bentuk Fisik LM324 Sedangkan untuk konfigurasi dari pin pin IC LM324 dapat kita lihat pada gambar 2.17.

22 37 Gambar 2.16 Konfigurasi Pin LM324 Keterangan: n a. Pin 1,7,8,14 (Output) : Merupakan sinyal output b. Pin 2,6,9,13 (Inverting Input) : Semua sinyal input yang berada di pin ini akan mempunyai output yang berkebalikan dari input. c. Pin 3,5,10,12 (Non-inverting input): Semua sinyal input yang berada di pin ini akan mempunyai output yang sama dengan input (tidak berkebalikan). d. Pin 4 (+Vcc) : Pin ini dapat beroperasi pada tegangan antara +5 Volt sampai +15 Volt. e. Pin 11 (-Vcc) : Pin ini dapat beroperasi pada tegangan antara -5 Volt sampai -15 Volt.