TUGAS AKHIR PARKIR MOBIL OTOMATIS PADA RUANG BERTINGKAT BERBASIS MIKROKONTROLLER AT89S51

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR PARKIR MOBIL OTOMATIS PADA RUANG BERTINGKAT BERBASIS MIKROKONTROLLER AT89S51 Diajukan Guna Melengkapi Sebagian Syarat Dalam mencapai gelar Sarjana Strata Satu (S1) Disusun Oleh : Nama : Mohamad Zulkarnain NIM : Jurusan : Teknik Elektro Peminatan : Elektronika Pembimbing : Yudhi Gunardi, ST.MT PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA 2009

2 LEMBAR PERNYATAAN Yang bertanda tangan di bawah ini, N a m a : Mohamad Zulkarnain N.I.M : Jurusan : Teknik Elektro Fakultas : Teknologi Industri Judul Skripsi : Parkir Mobil Otomatis Pada Ruang Bertingkat Berbasis Mikrokontroller AT89S51. Dengan ini menyatakan bahwa hasil penulisan Skripsi yang telah saya buat ini merupakan hasil karya sendiri dan benar keasliannya. Apabila ternyata di kemudian hari penulisan Skripsi ini merupakan hasil plagiat atau penjiplakan terhadap karya orang lain, maka saya bersedia mempertanggungjawabkan sekaligus bersedia menerima sanksi berdasarkan aturan tata tertib di Universitas Mercu Buana. Demikian, pernyataan ini saya buat dalam keadaan sadar dan tidak dipaksakan. Penulis, Materai Rp.6000 [ ]

3 LEMBAR PENGESAHAN Parkir Mobil Otomatis Pada Ruang Bertingkat Berbasis Mikrokontroller AT89S51 Disusun Oleh : Nama : Mohamad Zulkarnain NIM : Program Studi : Teknik Elektro Peminatan : Elektronika Mengetahui, Pembimbing dan Ketua Program Studi Teknik Elektro (Yudhi Gunardi, ST.MT )

4 Abstrak Akan dirancang sebuah simulasi parkir mobil secara otomatis pada ruang parkir bertingkat dengan menggunakan forklift sebagai media untuk mengangkat, membawa dan sekaligus meletakkan atau menempatkan mobil pada ruang parkir yang kosong. System yang digunakan berbasis pengendali mikro ( mikrokontroller ) AT89S51 dengan sensor sebagai pendeteksi ruang parkir yang masih kosong dan mikro switch sebagai pembatas pergerakkan forklift agar tidak salah pada saat meletakkan maupun mengambil mobil pada ruangan. digunakan beberapa sensor dan mikro switch. Sehingga si Pengendara hanya cukup menekan tombol start pada pintu masuk tanpa ikut di dalamnya. Sebagai penggerak forklift, digunakan tiga buah motor listrik arus searah. Pada motor pertama digunakan sebagai penggerak forklift menuju pintu masuk dan pintu keluar parkir sekaligus menggerakkan forklift kearah kanan dan kiri ruangan. Pada motor yang kedua digunakan untuk pergerakkan forklift naik dan turun dalam mencari ruang kosong pada masing-masing tingkat. Pada motor ketiga digunakan sebagai penggerak dongkrak atau pengungkit agar dapat naik dan turun. Sedangkan pada motor keempat digunakan sebagai penggerak lengan ( garpu ) forklift agar dapat memanjang dan memendek sehingga dapat meletakkan maupun mengambil mobil dalam ruang parkir. Sebagai indicator apabila seluruh ruang parkir telah terisi penuh dengan mobil, digunakan tampilan LCD yang akan menampilkan kalimat Parkir Penuh sebagai umpan balik yang dihasilkan oleh masing-masing sensor yang berada didalam ruang parkir. Fungsi lain dari LCD adalah sebagai indicator bagi si pengendara di ruang mana mobil tersebut diparkirkan. Simulasi parkir ini dapat dikembangkan untuk keperluan pemanfaatan lahan yang lebih kecil dan efisien.

5 KATA PENGANTAR Segala puji syukur atas kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat serta hidayahnya, Sehingga penulis dapat menyeesaikan tugas akhir ini dengan judul PARKIR MOBIL OTOMATIS PADA RUANG BERTINGKAT BERBASIS MIKROKONTROLLER AT89S51. Shalawat serta Salam semoga selalu tercurah kepada junjungan kita Nabi Besar Muhammad S.A.W, beserta keluarga dan sahabatnya. Laporan Proyek Tugas Akhir ini diajukan guna melengkapi sebagai syarat dalam mencapai gelar sarjana strata satu (S1) di Fakultas Teknologi Industri Jurusan Teknik Elektro Universitas Mercu Buana. Penulis menyadari meskipun telah berusaha untuk menyajikan pembahasan sebaik mungkin, namun masih terdapat kekurangan dalam tugas akhir ini, hal ini terjadi dikarenakan masih terbatasnya kemampuan dan pengetahuan penulis, penulis mengharapkan kritik serta saran yang membangun untuk menyempurnakan tugas akhir ini Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang takterhingga kepada : 1. Kedua orang tua penulis yang selalu sabar membimbing, memberikan dukungan dan motivasi kepada anaknya hingga kini dengan dukungan moril dan materil, semoga setelah lulus dapat memberikan yang terbaik untuk keluarga 2. Bapak Yudhi Gunardi, ST. MT. Selaku pembimbing sekaligus Ketua Program Studi Teknik Elektro yang telah memberikan Kesempatan, waktu, saran, pikiran, dan tenaganya yang tak terhingga yang tak tergantikan oleh apapun dalam penyusunan tugas akhir ini. 3. Mohamad Hamdani selaku kakanda penulis, yang telah banyak memberikan masukan, bimbingan dan juga sedikit banyak telah membantu untuk pembuatan software mikrokontroller.

6 4. Sodikin, sahabat dan juga teman terbaik yang pernah saya miliki. Terima kasih banyak atas bantuannya dalam pembuatan mekanik juga ide idenya sehingga sehingga mekanik dapat selesai sesuai dengan rencana. 5. Semua Dosen Jurusan Elekro Universitas Mercu Buana yang telah mendidik dan memberikan pelajaran yang berharga sebagai warisan hidup. 6. PT Andalan Terampil Multisiss yang mendukung saya dengan memberikan kesempatan dan dispensasi waktu dalam menyelesaikan tugas akhir ini. 7. Terima kasih kepada teman teman PT ATM khususnya kepada anak anak divisi workshop dan rekan rekan engineer yang telah memberikan sumbangan pemikiran berupa ide ide dan saran saran dalam pembuatan mekanik forklift simulasi Parkir Mobil Otomatis ini. 8. Dan rekan-rekan mahasiswa PKSM Teknik Elektro angkatan IX yang turut membantu sehingga tugas akhir ini dapat diselesaikan. Penulis berharap semoga Tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca, khususnya mahasiswa teknik elektro universitas mercubuana dan semoga dapat diterima bagi para pembaca.. Jakarta, Juni 2009 Penulis

7 DAFTAR ISI Halaman JUDUL Lembar Pernyataan... i Lembar Pengesahan... ii Abstraksi... iii Kata pengantar... iv Daftar isi... vi Daftar gambar... x Daftar tabel... xiv Bab I Pendahuluan 1.1 Latar belakang Tujuan penulisan Pembatasan masalah Metodologi penulisan Sistematik penulisan... 3 Bab II Dasar teori 2.1 Konsep dasar Parkir Otomatis Komponen Dasar Komponen rangkaian pencatu Transformator Dioda Kapasitor Regulator Komponen rangkaian pengendali Sensor LED LDR Isolator Opto Saklar Mikro... 34

8 Komparator IC LM Mosfet LCD Komponen Rangkaian Penggerak Relai Motor DC Sistem pengendali (Driver) Parkir Mobil Otomatis Skematik rangkaian Prinsip kerja rangkaian Sistem mekanik Parkir Mobil Otomatis Pada Ruang Bertingkat Belt (sabuk) Pulley Ulir Sistem kontrol Parkir Mobil Otomatis Pada Ruang Bertingkat Sekilas tentangmikrokontoller Arsitektur mikrokontroller MCS Fasilitas Mikrokontroller AT89S Bentuk fisik dan fungsi pin AT89S Organisasi memory Memory program Memory data Pemrograman MCS Bahasa pemrograman Assembly Pembuatan dan pengisian program ke MCS Mode pengalamatan Instruksi instruksi dalam MCS Bab III Perencanaan dan realisasi sistem 3.1 Deskripsi sistem Diagram blok sistem Flowchart 108

9 3.4 Perencanaan sistem Parkir Mobil Otomatis Pada Ruang Bertingkat Perencanaan system elektronik Rangkaian sensor forklift Rangkaian keypad Rangkaian sensor ruang Rangkaian sensor tingkat Rangkaian sensor mobil Rangkaian minimum sistem Rangkaian pengendali motor Rangkaian LCD Perencanaan system mekanik Dimensi dan bentuk ruang Dimensi dan bentuk forklift Struktur material Perencanaan system control (software) Bab IV Pengujian dan analisa data 4.1 Deskripsi sistem Pengujian Rangkaian sensor ruang Rangkaian sensor mobil Rangkaian sensor tingkat Rangkaian pengendali motor DC Simulasi pergerakan sistem Analisa data Rangkaian Rangkaian sensor ruang Rangkaian sensor mobil Rangkaian sensor tingkat Rangkaian pengendali motor DC Analisa data Pengukuran Waktu

10 Bab V Penutup 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA DAFTAR KOMPONEN LAMPIRAN A. Listing Program LAMPIRAN B. Skematik Rangkaian LAMPIRAN C. Tata Letak dan Layout Rangkaian

11 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Diagram blok sistem forklift otomatis... 5 Gambar 2.2 Diagram blok Parkir Mobil Otomatis Pada Ruang Bertingkat... 7 Gambar 2.3 Lambang Transformator Gambar 2.4 Asas kerja Transformator Gambar 2.5 Struktur Dioda Gambar 2.6 Dioda diberi tegangan Nol Gambar 2.7 Dioda diberi tegangan Negative Gambar 2.8 Dioda diberi tegangan Positive Gambar 2.9 Simbol dan Struktur Dioda Gambar 2.10 Bias Dioda Gambar 2.11 Grafik arus Dioda Gambar 2.12 Prinsip dasar Kapasitor Gambar 2.13 Kapasitor Elco Gambar 2.14 Regulator dengan IC 78XX/79XX Gambar 2.15 Bentuk fisik Regulator Gambar 2.16 Fotolistrik jenis Reflektif Gambar 2.17 Fotolistrik jenis Trough-Beam Gambar 2.18.a Simbol LED Gambar 2.18.b Susunan LED Gambar 2.18.c Bangun fisik LED Gambar 2.18.d Konstruksi LED Gambar 2.19 Rangkaian operasi LED Gambar 2.20 Kurva karakteristik LED Gambar 2.21 Simbol dan Bentuk LDR Gambar 2.22 Sensor cahaya LDR... 33

12 Gambar 2.23 Simbol Optocoupler Gambar 2.24 Simbol Saklar mikro Gambar 2.25 Hubungan kontak saklar mikro Gambar 2.26 Bentuk fisik saklar mikro Gambar 2.27 Dasar rangkaian Komparator Gambar 2.28 Aplikasi rangkaian Komparator Gambar 2.29 Hubungan pin pin eksternal dari IC LM Gambar 2.30 Skematik Mosfet Gambar 2.31 Kurva karakteristik transfer Gambar 2.32 Simbol Mosfet Gambar 2.33 Karakteristik transfer dari Mosfet n kanal ( jenis Enhancement ) Gambar 2.34 Karakteristik transfer dari Mosfet n kanal ( jenis depletion ) Gambar 2.35 Bentuk gelombang pengontrol dan Penggerak LCD Gambar 2.36 Cara pengoperasian segmen LCD Gambar 2.37 Tampilan LCD satu digit Gambar 2.38 Bentuk fisik Relai Gambar 2.39 Hubungan kontak dari Relai Gambar 2.40 Bentuk fisik motor DC Gambar 2.41 Konstruksi motor DC Gambar 2.42 Rangkaian pengendali motor Gambar 2.43 Bentuk Belt Gambar 2.44 Bentuk fisik Ulir Gambar 2.45 Struktur sistem mikrokontroller Gambar 2.46 Arsitektur Mikrokontroller MCS Gambar 2.47 Mikrokontroller AT89S Gambar 2.48 Peta memori program dan memori data MCS Gambar 2.49 Konfigurasi MCS 51 menggunakan memori Program eksternal... 64

13 Gambar 2.50 Memori data internal Gambar 2.51 Peta memori data internal MCS Gambar 2.52 Peta lokasi alamat SFR Gambar 2.53 Organisasi memori Mikrokontroller Keluarga MCS Gambar 2.54 Proses kompilasi program assembler Gambar 2.55 Diagram alir pemrograman mikrokontroller Gambar 2.56 Hubungan koneksi PC to ISP modul CCMBoard Gambar 3.1 Blok diagram Parkir Mobil Otomatis Pada Ruang Bertingkat Gambar 3.2 Flowchart pergerakan forklift Gambar 3.3 Rangkaian sensor Forklift Gambar 3.4 Rangkaian dasar Keypad Gambar 3.5 Koneksi Pin Mikrokontroller dengan Keypad Gambar 3.6 Rangkaian sensor Ruang Gambar 3.7 Rangkaian sensor Tingkat Gambar 3.8 Rangkaian sensor Mobil Gambar 3.9 Rangkaian dasar minimum sistem pada Parkir Mobil Otomatis Pada Ruang Bertingkat Gambar 3.10 Rangkaian minimum sistem pada proses Parkir Mobil Otomatis Pada Ruang Bertingkat Gambar 3.11 Rangkaian Pengendali motor DC 24V dengan relai Gambar 3.12 Rangkaian Dasar LCD Gambar 3.13 Koneksi Pin Mikrokontroller dengan LCD Gambar 3.14 Bentuk ruangan tampak depan Gambar 3.15 Bentuk ruangan tampak samping Gambar 3.16 Bentuk ruangan tampak atas Gambar 3.17 Bentuk forklift tampak depan Gambar 3.18 Bentuk forklift tampak samping Gambar 3.19 Bentuk forklift tampak atas

14 Gambar 3.20 Diagram blok sistem kontrol Parkir Mobil Otomatis Pada Ruang Bertingkat Gambar 4.1 Rangkaian skematik penguji sensor ruang Gambar 4.2 Konfigurasi pengujian rangkaian sensor ruang Gambar 4.3 Rangkaian skematik pengujian sensor mobil Gambar 4.4 Konfigurasi pengujian rangkaian sensor mobil Gambar 4.5 Rangkaian skematik penguji sensor tingkat Gambar 4.6 Konfigurasi pengujian rangkaian sensor tingkat Gambar 4.7 Rangkaian skematik pengujian pengendali motor DC Gambar 4.8 Konfigurasi pengujian rangkaian pengendali motor DC

15 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Tabel Konstanta Dielektrik Tabel 2.2 Perbandingan Mikrokontroller keluarga MCS Tabel Compatible ( Atmel ) Tabel 2.4 Fungsi khusus Port Tabel 2.5 Fungsi khusus Port Tabel 2.6 Nilai Register setelah reset Tabel 2.7 Register program status word Tabel 2.8 Instruksi transfer data Tabel 2.9 Instruksi akses memori eksternal Tabel 2.10 Instruksi akses Look Up Table Tabel 2.11 Instruksi Aritmatika Tabel 2.12 Instruksi logika Tabel 3.1 Mekanisme kerja motor dengan driver relai Yang direncanakan Tabel 3.2 Tabel pinout LCD Tabel 3.3 Koneksi pin mikrokontroller pertama Tabel 3.4 Koneksi pin mikrokontroller kedua Tabel 4.1 Mekanisme kerja sensor ruang yang direncanakan Tabel 4.2 Daftar peralatan pengujian rangkaian sensor ruang Tabel 4.3 Hasil pengukuran sensor ruang Tabel 4.4 Hasil pengukuran sensor ruang Tabel 4.5 Hasil perhitungan sensor ruang Tabel 4.6 Hasil perhitungan sensor ruang Tabel 4.7 Mekanisme kerja sensor mobil yang direncanakan Tabel 4.8 Daftar peralatan pengujian rangkaian sensor mobil Tabel 4.9 Hasil pengukuran pada ruang Tabel 4.10 Hasil pengukuran pada ruang

16 Tabel 4.11 Hasil pengukuran pada ruang Tabel 4.12 Hasil pengukuran pada ruang Tabel 4.13 Hasil pengukuran pada ruang Tabel 4.14 Hasil pengukuran pada ruang Tabel 4.15 Hasil perhitungan pada ruang Tabel 4.16 Hasil perhitungan pada ruang Tabel 4.17 Hasil perhitungan pada ruang Tabel 4.18 Hasil perhitungan pada ruang Tabel 4.19 Hasil perhitungan pada ruang Tabel 4.20 Hasil perhitungan pada ruang Tabel 4.21 Mekanisme kerja sensor tingkat yang direncanakan Tabel 4.22 Daftar peralatan pengujian rangkaian sensor tingkat Tabel 4.23 Hasil pengukuran sensor tingkat Tabel 4.24 Hasil pengukuran sensor tingkat Tabel 4.25 Hasil pengukuran sensor tingkat Tabel 4.26 Hasil perhitungan sensor tingkat Tabel 4.27 Hasil perhitungan sensor tingkat Tabel 4.28 Hasil perhitungan sensor tingkat Tabel 4.29 Mekanisme kerja rangkaian motor DC yang direncanakan Tabel 4.30 Daftar peralatan pengujian rangkaian pengendali motor DC Tabel 4.31 Hasil pengukuran pengendali motor DC Tabel 4.32 Hasil pengukuran waktu saat proses Meletakkan mobil kedalam ruang parkir Tabel 4.33 Hasil pengukuran waktu saat proses Mengambil mobil dari ruang parkir

17 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Gedung bertingkat dan jumlah mobil yang begitu banyak dijalan raya bukan hal yang baru dikota besar. Kemacetan lalu lintas sudah menjadi pemandangan biasa bagi masyarakat perkotaan. Begitu banyaknya jumlah mobil ternyata menimbulkan masalah baru. Dari sekian banyaknya masalah, salah satu masalahnya adalah masalah lahan perparkiran kendaraan mobil. Masalah ini sering terjadi terutama di pusat perbelanjaan yang ramai diikunjungi pembeli. Para pemakai jasa parkir dihadapkan pada masalah mencari tempat yang kosong pada area parkir sehingga mereka harus berputar-putar untuk mendapatkan tempat parkir yang kosong. Pengemudi merasa kecewa dengan pengelola parkir yang tidak memberitahukan bahwa tempat parkir telah terisi penuh. Berpijak pada masalah itu, penulis mencoba menawarkan suatu solusi untuk memecahkan masalah itu dengan membuat suatu alat yang disimulasikan sebagai pengatur atau pengontrol parkiran mobil yang berfungsi untuk menunjukkan tempat parkir yang masih kosong dan mengantar mobil ke tempat parkiran mobil yang masih kosong secara otomatis sehingga akan mempermudah pengemudi dalam melakukan pemarkiran mobil. Alat ini juga dilengkapi dengan sensor, keypad, LCD, motor DC dan lampu indikator Tujuan Penulisan Adapun tujuan penulisan tugas akhir ini yang berjudul Parkir Mobil Otomatis Pada Ruang Bertingkat Berbasis Mikrokontroller AT89S51 adalah untuk membuat prototipe dari sistem Parkir Mobil Otomatis dengan menerapkan otomatisasi dengan menggunakan sensor sensor dan mikrokontroller sebagai alat untuk proses dan menguji hasil rancangan tersebut sehingga diharapkan pada akhir percobaan dapat memberikan satu ilmu pengetahuan yang dapat

18 memberikan daya tarik dan dapat mengembangkan kreativitas bagi diri penulis khususnya maupun rekan rekan mahasiswa yang membaca buku ini dan semoga dapat menjadi referensi untuk perkembangan sistem Robotika di Universitas Mercubuana Pembatasan Masalah Dalam penulisan tugas akhir ini, penulis perlu menetapkan batasan-batasan terhadap sistem yang dirancang. Batasan-batasan yang meliputi : a. Fungsi alat ini dirancang untuk mengetahui dan mengantar mobil ke tempat parkir yang masih kosong. b. Alat ini tidak dilengkapi dengan jumlah tarif yang dikenakan setelah melakukan pemarkiran. c. Sistem kerja alat ini belum bisa direalisasikan dalam kehidupan nyata karena tempat parkirannya yang bertingkat, sehingga membuat pemilik mobil agak sedikit khawatir akan keamanan mobilnya jika diparkir dibagian atas Metodologi Penulisan Metode penulisan yang digunakan dalam penyusunan tugas akhir ini adalah : Studi Literatur : Metode ini menjadikan buku literatur dan bahan lain sebagai objek penunjang dalam perancangan alat, percobaan dan penulisan. Dari buku, literatur dan bahan bacaan tersebut didapatkan teoriteori yang berhubungan dengan masalah yang diteliti. Konsultasi : Melakukan wawancara atau diskusi baik formal maupun non formal dalam penulisan ataupun teknik perancangan alat untuk tugas akhir ini kepada dosen pembimbing pada khususnya, pada rekan-rekan dikampus yang mempunyai pengalaman ataupun bekerja pada bidang yang berkaitan dengan pembahasan tugas akhir ini. Perancangan Uji Coba: Metode penelitian ini digunakan untuk membuktikan teori-teori yang telah dikumpulkan dan melakukan

19 percobaan-percobaan dalam perancangan sistem juga untuk merealisasikan rancangan sistem dengan memperhatikan data-data yang diperoleh baik dari studi pustaka maupun wawancara, kemudian melakukan uji coba secara keseluruhan Sistematika Penulisan Sistematika penulisan tugas akhir ini terdiri dari bab-bab dan masing-masing bab terbagi menjadi beberapa sub bab. Dibawah ini diuraikan secara singkat, isi dari tiap-tiap bab untuk memberikan gambaran umum tentang isi keseluruhan dari tugas akhir ini. Bab 1 Pendahuluan Pada bagian ini menguraikan tentang : Latar belakang Tujuan penulisan Pembatasan masalah Metodologi penulisan Sistematika penulisan. Bab 2 Dasar Teori Dalam bab ini menjelaskan tentang teori yang berhubungan dengan alat yang dirancang, diantaranya teori tentang mikrokontroller, sensor dan hal-hal lainnya yang perlu dikemukakan. Bab 3 Perancangan dan Realisasi Pada bagian ini merupakan inti dari penulisan tugas akhir ini, dimana pada bab ini memaparkan tahapan-tahapan perancangan alat. Diantaranya adalah : Diagram blok Parkir Mobil Otomatis Pada Ruang Bertingkat. Perencanaan sistem Parkir Mobil Otomatis Pada Ruang Bertinkat. Realisasi sistem Parkir Mobil Otomatis Pada Ruang Bertingkat.

20 Bab 4 Pengujian dan Analisa Data Bagian ini menjelaskan beberapa hal, yaitu : Bagaimana cara mengoperasikan alat Pengujian alat Analisa data-data yang diperoleh Spesifikasi alat. Bab 5 Penutup Bab ini berisikan kesimpulan akhir dari perancangan alat dan saran lebih lanjut untuk menyempurnakan alat.

21 BAB II DASAR TEORI 2.1. Konsep Dasar Parkir Otomatis Parkir otomatis dengan menggunakan forklift dapat didefinisikan sebagai suatu alat untuk mengangkat sekaligus membawa bahan-bahan, alat-alat, bagianbagian, atau perlengkapan khusus melalui gerakan variabel yang terprogram untuk melaksanakan bermacam-macam tugas. Fork lift dapat bekerja secara manual maupun secara otomatis. Dikatakan secara manual bila cara kerja suatu forklift dikendalikan oleh seorang operator. Sedangkan secara otomatis bila cara kerja suatu forklift dikendalikan oleh kontroller. Dibawah ini merupakan diagram blok yang menggambarkan secara garis besar pengontrolan forklift otomatis sebagai sarana parkir otomatis. Target + - Kontroler Rangkaian Pengendali ( Driver ) Aktuator Sinyal Kondisi Sensor Gambar 2.1. Diagram blok sistem forklift otomatis Pergerakan forklift otomatis diatur oleh kontroller. Kontroller menerima sinyal input dari sensor yang merupakan kondisi forklift dalam pencapaian target. Sinyal input tersebut diterima oleh rangkaian yang ada didalam kontroller untuk selanjutnya diproses oleh kontroller. Sehingga akan dihasilkan perintah operasi yang tepat untuk pergerakan aktuator. Sinyal output atau perintah operasi dari kontroller akan diterima oleh rangkaian pengendali ( driver ) untuk masing-

22 masing aktuator. Rangkaian pengendali akan mengaktifkan aktuator berdasarkan perintah dari kontroller. Pergerakan dari aktuator akan selalu dipantau oleh sensor sehingga kondisi aktuator dapat diketahui dalam pencapaian target atau penyelesaian tugas dari forklift tersebut. Dengan kata lain, sensor merupakan umpan balik dalam loop tertutup tersebut. Mengacu dari diagram blok tersebut, dibawah ini adalah diagram blok dari Parkir Mobil Otomatis Pada Ruang Bertingkat Berbasis Mikrokontroler AT89S51.

23 Gambar 2.2. Diagram blok Parkir Mobil Otomatis Pada Ruang Bertingkat

24 Input yang dipergunakan adalah Keypad, sensor optocoupler, sensor cahaya ( LDR ), dan limit switch. Pergerakan forklift akan diprogram dan diproses oleh kontroller. Sensor pendeteksi ruangan dipergunakan sensor optocoupler tipe pantul. Sensor optocoupler akan aktif dan mendeteksi adanya ruangan pada saat optocoupler tertutup plat alumunium yang terpasang pada forklift dengan memanfaatkan pantulan cahaya yang diterimanya. Sinyal output dari sensor optocoupler akan dibandingkan oleh rangkaian pembanding (komparator) dengan tegangan referensi. Sinyal output yang dihasilkan oleh rangkaian pembanding kemudian dimasukan kedalam rangkaian mikrokontroller sebagai sinyal masukan untuk kemudian dibandingkan dengan settingan yang ada pada kontroller, yang selanjutnya kontroller akan memproses data tersebut untuk menghasilkan perintah operasi yang tepat untuk menggerakkan aktuator. Sensor cahaya dalam hal ini adalah LDR digunakan untuk mendeteksi tiap-tiap ruangan yang masih kosong dan sekaligus mendeteksi objek yang mengindikasikan adanya mobil yang diparkir dalam ruangan. LDR akan aktif dan mendeteksi adanya objek pada saat LDR tertutup oleh mobil dan tidak mendapatkan cahaya dari cahaya LED, Sinyal output dari LDR akan dibandingkan oleh rangkaian pembanding (komparator) dengan tegangan referensi. Sinyal output yang dihasilkan oleh rangkaian pembanding kemudian diumpankan kepada rangkaian mikrokontroller sebagai sinyal masukan untuk kemudian dibandingkan dengan settingan yang ada pada kontroller, yang selanjutnya kontroller akan memproses data tersebut untuk menghasilkan perintah tampilkan command pada LCD. Limit switch digunakan untuk memantau kerja dari aktuator dalam mencapai target atau dalam melakukan suatu tindakan yang diinginkan. sehingga forklift akan melakukan tugasnya sesuai dengan program kontroller. Keypad digunakan sebagai sinyal masukan bagi mikrokontroller untuk menghasilkan sniyal keluaran bagi driver motor untuk menentukan pergerakan forklift selanjutnya.

25 2.2. Komponen Dasar Komponen dasar adalah material / komponen yang digunakan sebagai bahan pendukung dalam perancangan sistem Parkir Otomatis Pada Ruang Bertingkat baik itu berupa komponen semikonduktor elektronika maupun komponen fisik lainnya Komponen Rangkaian Pencatu Rangkain pencatu adalah rangkaian supply yang menghasilkan arus dan tegangan berupa rangkaian Penurun tegangan listrik bolak balik (AC) dan mengubahnya menjadi tegangan listrik searah (DC) yang digunakan sebagai pendistribusi tegangan pada masing masing rangkaian kontrol. Pada rangkaian pencatu digunakan beberapa komponen pasif yang diantara adalah : Transformator Merupakan komponen pasif elektronika yang dipergunakan untuk mengubah arus atau tegangan listrik yang tinggi menjadi lebih rendah atau sebaliknya dengan menggunakan asas induksi. Suatu transformator terdiri dari dua kumparan yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder. Kumparan primer adalah bagian masukan tegangan yang akan diubah. Kumparan sekunder adalah bagian keluaran tegangan yang telah diubah. Jumlah kumparan sekunder biasanya hanya satu namun pada beberapa pemakaian khusus, jumlah kumparan ini dapat lebih dari satu. Kumparan ini terbuat dari kawat tembaga, atau terkadang jenis filamen. Kawat ini sudah dilapisi dengan film agar tidak terjadi hubungan pendek. Lambang untuk transformator diperlihatkan pada gambar dibawah ini.

26 Gambar 2.3. lambang Transformator Transformator dengan bahan kawat tembaga dan banyak sekali digunakan pada transmisi daya. Ia memiliki ketahanan yang kuat dengan harga yang cukup murah. Transformator dengan bahan filamen biasanya digunakan untuk menghasilkan tegangan rendah dengan ketepatan tegangan keluaran yang tinggi. Prinsip kerja transformator secara sederhana dapat dijelaskan sebagai berikut (lihat gambar 2.4). Gambar 2.4. Asas kerja transformator Arus bolak balik pada sisi primer akan menyebabkan perubahan fluksi bolak-balik pada inti magnetik. Flux ini akan menimbulkan Gaya Gerak Listrik (GGL) induksi pada sisi sekundernya. Apabila pada sisi sekunder dipasang sebuah

27 beban, maka akan mengalir arus I2. hubungan antara tegangan, jumlah lilitan dan arus yang mengalir adalah sesuai dengan persamaan berikut : V2 : V1 = N2 : N1 = I1 :I2 Dimana : V1 = tegangan pada kumparan primer V2 = tegangan pada kumparan sekunder N1 = jumlah lilitan pada kumparan primer N2 = jumlah lilitan pada kumparan sekunder I1 = arus yang mengalir pada sisi primer I2 = arus yang mengalir pada sisi sekunder Persamaan tersebut berlaku bila efisiensi transformator 100%. Pada kenyataannya tidak ada Transformator yang memiliki efisiensi setinggi itu. Bila efisiensi sebesar η, maka akan berlaku : V2. I2 = η. V1. I2 Kegunaan transformator yang biasa digunakan ialah untuk mengubah tegangan rendah ke tegangan tinggi atau sebaliknya. Kegunaan yang lain misalnya ialah untuk memisahkan secara listrik antara sumber tegangan bolak-balik dengan beban yang dilayani Dioda Dioda ialah jenis VACUUM tube yang memiliki dua buah elektroda. Dioda tabung pertama kali diciptakan oleh seorang ilmuwan dari Inggris yang bernama Sir J.A. Fleming ( ) pada tahun 1904.

28 Gambar 2.5. Struktur Dioda Struktur dan skema dari dioda dapat dilihat pada gambar di atas. Pada dioda, plate diletakkan dalam posisi mengelilingi katoda sedangkan heater disisipkan di dalam katoda. Elektron pada katoda yang dipanaskan oleh heater akan bergerak dari katoda menuju plate. Untuk dapat memahami bagaimana cara kerja dioda kita dapat meninjau 3 situasi sebagai berikut ini yaitu : 1. Dioda diberi tegangan nol 2. Dioda diberi tegangan negative 3. Dioda diberi tegangan positive 1. Dioda Diberi Tegangan Nol Gambar 2.6. Dioda Diberi Tegangan Nol

29 Ketika dioda diberi tegangan nol maka tidak ada medan listrik yang menarik elektron dari katoda. Elektron yang mengalami pemanasan pada katoda hanya mampu melompat sampai pada posisi yang tidak begitu jauh dari katoda dan membentuk muatan ruang (Space Charge). Tidak mampunya elektron melompat menuju katoda disebabkan karena energi yang diberikan pada elektron melalui pemanasan oleh heater belum cukup untuk menggerakkan elektron menjangkau plate. 2. Dioda Diberi Tegangan Negative Gambar 2.7. Dioda Diberi Tegangan Negative Ketika dioda diberi tegangan negatif maka potensial negatif yang ada pada plate akan menolak elektron yang sudah membentuk muatan ruang sehingga elektron tersebut tidak akan dapat menjangkau plate sebaliknya akan terdorong kembali ke katoda, sehingga tidak akan ada arus yang mengalir. 3. Dioda Diberi Tegangan Positive Gambar 2.8. Dioda Diberi Tegangan Positive

30 Ketika dioda diberi tegangan positif maka potensial positif yang ada pada plate akan menarik elektron yang baru saja terlepas dari katoda oleh karena emisi thermionic, pada situasi inilah arus listrik baru akan terjadi. Seberapa besar arus listrik yang akan mengalir tergantung daripada besarnya tegangan positif yang dikenakan pada plate. Semakin besar tegangan plate akan semakin besar pula arus listrik yang akan mengalir. Oleh karena sifat dioda yang seperti ini yaitu hanya dapat mengalirkan arus listrik pada situasi tegangan tertentu saja, maka dioda dapat digunakan sebagai penyearah arus listrik (rectifier). Pada kenyataannya memang dioda banyak digunakan sebagai penyearah tegangan AC menjadi tegangan DC. Karakteristik Dioda Hampir semua peralatan elektronika memerlukan sumber arus searah. Penyearah digunakan untuk mendapatkan arus searah dari suatu arus bolak-balik. Arus atau tegangan tersebut harus benar-benar rata tidak boleh berdenyut-denyut agar tidak menimbulkan gangguan bagi peralatan yang dicatu. Dioda sebagai salah satu komponen aktif sangat popular digunakan dalam rangkaian elektronika, karena bentuknya sederhana dan penggunaannya sangat luas. Ada beberapa macam rangkaian dioda, diantaranya : penyearah setengah gelombang (Half-Wave Rectifier), penyearah gelombang penuh (Full-Wave Rectifier), rangkaian pemotong (Clipper), rangkaian penjepit (Clamper) maupun pengganda tegangan (Voltage Multiplier). Di bawah ini merupakan gambar yang melambangkan dioda penyearah. P N Anoda Katoda

31 Sisi Positif (P) disebut Anoda dan sisi Negatif (N) disebut Katoda. Lambang dioda seperti anak panah yang arahnya dari sisi P ke sisi N. Karenanya ini mengingatkan kita pada arus konvensional dimana arus mudah mengalir dari sisi P ke sisi N. Dioda terbagi atas beberapa jenis antara lain : Dioda germanium Dioda silikon Dioda selenium Dioda zener Dioda cahaya (LED) Dioda termasuk komponen elektronika yang terbuat dari bahan semikonduktor. Beranjak dari penemuan dioda, para ahli menemukan juga komponen turunan lainnya yang unik. Dioda memiliki fungsi yang unik yaitu hanya dapat mengalirkan arus satu arah saja. Struktur dioda tidak lain adalah sambungan semikonduktor P dan N. Satu sisi adalah semikonduktor dengan tipe P dan satu sisinya yang lain adalah tipe N. Dengan struktur demikian arus hanya akan dapat mengalir dari sisi P menuju sisi N. Gambar 2.9. Simbol dan struktur dioda Gambar ilustrasi di atas menunjukkan sambungan PN dengan sedikit porsi kecil yang disebut lapisan deplesi (depletion layer), dimana terdapat keseimbangan hole dan elektron. Seperti yang sudah diketahui, pada sisi P banyak terbentuk hole-hole yang siap menerima elektron sedangkan di sisi N banyak terdapat elektron-elektron yang siap untuk bebas merdeka. Lalu jika diberi bias positif, dengan arti kata memberi tegangan potensial sisi P lebih besar dari sisi N,

32 maka elektron dari sisi N dengan serta merta akan tergerak untuk mengisi hole di sisi P. Tentu kalau elektron mengisi hole disisi P, maka akan terbentuk hole pada sisi N karena ditinggal elektron. Ini disebut aliran hole dari P menuju N, Kalau menggunakan terminologi arus listrik, maka dikatakan terjadi aliran listrik dari sisi P ke sisi N. Dioda dengan bias maju Sebaliknya apakah yang terjadi jika polaritas tegangan dibalik yaitu dengan memberikan bias negatif (reverse bias). Dalam hal ini, sisi N mendapat polaritas tegangan lebih besar dari sisi P. Dioda dengan bias negatif Gambar Bias Dioda Tentu jawabannya adalah tidak akan terjadi perpindahan elektron atau aliran hole dari P ke N maupun sebaliknya. Karena baik hole dan elektron masingmasing tertarik ke arah kutub berlawanan. Bahkan lapisan deplesi (depletion layer) semakin besar dan menghalangi terjadinya arus. Demikianlah sekelumit bagaimana dioda hanya dapat mengalirkan arus satu arah saja. Dengan tegangan bias maju yang kecil saja dioda sudah menjadi konduktor. Tidak serta merta di atas 0 volt, tetapi memang tegangan beberapa volt di atas nol baru bisa terjadi konduksi. Ini disebabkan karena adanya dinding deplesi (depletion layer). Untuk

33 dioda yang terbuat dari bahan Silikon tegangan konduksi adalah di atas 0.7 volt. Kira-kira 0.3 volt batas minimum untuk dioda yang terbuat dari bahan Germanium. Gambar Grafik arus dioda Sebaliknya untuk bias negatif dioda tidak dapat mengalirkan arus, namun memang ada batasnya. Sampai beberapa puluh bahkan ratusan volt baru terjadi breakdown, dimana dioda tidak lagi dapat menahan aliran elektron yang terbentuk di lapisan deplesi Kapasitor Kapasitor adalah elemen listrik dasar yang memiliki dua permukaan penghantar yang dipisahkan oleh bahan penyekat dan memiliki kemampuan untuk menyimpan muatan pada kepingnya atau suatu komponen elektronika yang dapat menyimpan dan melepaskan muatan listrik atau energi listrik a. Prinsip dasar dan spesifikasi elektriknya Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif

34 terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutub negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutub positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini "tersimpan" selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya. Di alam bebas, phenomena kapasitor ini terjadi pada saat terkumpulnya muatan-muatan positif dan negatif di awan. Gambar Prinsip dasar kapasitor b. Kapasitansi Kapasitansi didefinisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk dapat menampung muatan elektron. Coulombs pada abad 18 menghitung bahwa 1 coulomb = 6.25 x 101S elektron. Kemudian Michael Faraday membuat postulat bahwa sebuah kapasitor akan memiliki kapasitansi sebesar 1 farad jika dengan tegangan 1 volt dapat memuat muatan elektron sebanyak 1 coulomb. Dengan rumus dapat ditulis : Q = CV.(1) Dimana : Q = muatan elektron dalam C (coulombs) C = nilai kapasitansi dalam F (farads) V = besar tegangan dalam V (volt) Dalam praktek pembuatan kapasitor, kapasitansi dihitung dengan mengetahui luas area plat metal (A), jarak (t) antara kedua plat metal (tebal dielektrik) dan konstanta (k) bahan dielektrik. Dengan rumusan dapat ditulis sebagai berikut :

35 C = (8.85 x ) (k A/t)...(2) Berikut adalah tabel contoh konstanta (k) dari beberapa bahan dielektrik yang disederhanakan. Udara vakum k = 1 Aluminium oksida k = 8 Keramik k = Gelas k = 8 Polyethylene k = 3 Tabel 2.1. Tabel Konstanta Bahan Dielektrik Untuk rangkaian elektronik praktis, satuan farads adalah sangat besar sekali. Umumnya kapasitor yang ada di pasar memiliki satuan uf (10-6 F), nf (10-9 F) dan pf (10-12 F). Konversi satuan penting diketahui untuk memudahkan membaca besaran sebuah kapasitor. Misalnya 0.047uF dapat juga dibaca sebagai 47nF, atau contoh lain 0.1nF sama dengan 100pF. c. Tipe Kapasitor Kapasitor terdiri dari beberapa tipe, tergantung dari bahan dielektriknya. Untuk lebih sederhana dapat dibagi menjadi 3 bagian, yaitu kapasitor electrostatic, electrolytic dan electrochemical. 1. 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

36 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. 2. 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, 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 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 Aluminium-oksida (Al 2 O 3 ) pada permukaannya.

37 Gambar Kapasitor Elco 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. Karena alasan ekonomis dan praktis, umumnya bahan metal yang banyak digunakan adalah aluminium dan tantalum. Bahan yang paling banyak dan murah adalah Aluminium. Untuk mendapatkan permukaan yang luas, bahan plat Aluminium ini biasanya digulung radial. Sehingga dengan cara itu dapat diperoleh kapasitor yang kapasitansinya besar. Sebagai contoh 100uF, 470uF, 4700uF dan lain-lain, yang sering juga disebut kapasitor elco. 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 manganesedioksida. 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.

38 3. Kapasitor Electrochemical Satu jenis kapasitor lain adalah kapasitor electrochemical. Termasuk kapasitor jenis ini adalah batere dan accu. Pada kenyataanya baterai 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. d. Membaca Kapasitansi Pada kapasitor yang berukuran besar, nilai kapasitansi umumnya ditulis dengan angka yang jelas. Lengkap dengan nilai tegangan maksimum dan polaritasnya. Misalnya pada kapasitor elco dengan jelas tertulis kapasitansinya sebesar 22uF/25v. Kapasitor yang ukuran fisiknya mungil dan kecil biasanya hanya bertuliskan 2 (dua) atau 3 (tiga) angka saja. Jika hanya ada dua angka satuannya adalah pf (pico farads). Sebagai contoh, kapasitor yang bertuliskan dua angka 47, maka kapasitansi kapasitor tersebut adalah 47 pf. Jika ada 3 digit, angka pertama dan kedua menunjukkan nilai nominal, sedangkan angka ke-3 adalah faktor pengali. Faktor pengali sesuai dengan angka nominalnya, berturut-turut 1 = 10, 2 = 100, 3 = 1.000, 4 = dan seterusnya. Misalnya pada kapasitor keramik tertulis 104, maka kapasitansinya adalah 10 x = pF atau = 100nF. Contoh lain misalnya tertulis 222, artinya kapasitansi kapasitor tersebut adalah 22 x 100 = 2200 pf = 2.2 nf Regulator Rangkaian penyearah sudah cukup bagus jika tegangan ripple-nya kecil, namun ada masalah stabilitas. Jika tegangan PLN naik/turun, maka tegangan outputnya juga akan naik/turun. Seperti rangkaian penyearah di atas, jika arus semakin besar ternyata tegangan dc keluarnya juga ikut turun. Untuk beberapa

39 aplikasi perubahan tegangan ini cukup mengganggu, sehingga diperlukan komponen aktif yang dapat meregulasi tegangan keluaran ini menjadi stabil. Sekarang mestinya tidak perlu susah payah lagi mencari op-amp, transistor dan komponen lainnya untuk merealisasikan rangkaian regulator. Karena rangkaian semacam ini sudah dikemas menjadi satu IC regulator tegangan tetap. Saat ini sudah banyak dikenal komponen seri 78XX sebagai regulator tegangan tetap positif dan seri 79XX yang merupakan regulator untuk tegangan tetap negatif. Bahkan komponen ini biasanya sudah dilengkapi dengan pembatas arus (current limiter) dan juga pembatas suhu (thermal shutdown). Komponen ini hanya tiga pin dan dengan menambah beberapa komponen saja sudah dapat menjadi rangkaian catu daya yang ter-regulasi dengan baik. DIODA BRIDGE 1 IC IN 1 OUT 3 +5V 5 T2 3 D1 4 D2 2 C1 2200uF/25V GND 2 C2 10uF/16V VAC D4 3 D3 GND C3 2200uF/50V IC GND 1 3 IN OUT C1 10uF/50V -5V Gambar regulator dengan IC 78XX / 79XX Misalnya 7805 adalah regulator untuk mendapat tegangan 5 volt, 7812 regulator tegangan 12 volt dan seterusnya. Sedangkan seri 79XX misalnya adalah 7905 dan 7912 yang berturut-turut adalah regulator tegangan negatif 5 dan 12 volt.

40 Gambar Bentuk fisik Regulator Selain dari regulator tegangan tetap ada juga IC regulator yang tegangannya dapat diatur. Prinsipnya sama dengan regulator OP-amp yang dikemas dalam satu IC misalnya LM317 untuk regulator variable positif dan LM337 untuk regulator variable negatif. Bedanya resistor R1 dan R2 ada di luar IC, sehingga tegangan keluaran dapat diatur melalui resistor eksternal tersebut. Hanya saja perlu diketahui supaya rangkaian regulator dengan IC tersebut bisa bekerja, tengangan input harus lebih besar dari tegangan output regulatornya. Biasanya perbedaan tegangan V in terhadap V out yang direkomendasikan ada di

41 dalam datasheet komponen tersebut. Pemakaian heatshink (aluminium pendingin) dianjurkan jika komponen ini dipakai untuk men-catu arus yang besar. Di dalam datasheet, komponen seperti ini maksimum bisa dilewati arus mencapai 1 A Komponen Rangkaian Pengendali Dalam pembuatan Parkir Mobil Otomatis Pada Ruang Bertingkat. Penulis menggunakan beberapa rangkaian pengendali; diantaranya rangkaian driver motor, rangkaian Sensor optocoupler, rangkaian sensor LDR, dan rangkaian komparator untuk menjalankan Parkir Mobil Otomatis Pada Ruang Bertingkat agar dapat menyelesaikan tugasnya. Untuk perencanaan dan pembuatan rangkaian pengendali tersebut kami menggunakan beberapa komponen, antara lain : Sensor Sensor adalah alat yang digunakan untuk mendeteksi dan sering berfungsi untuk mengukur magnitude sesuatu. Sensor adalah jenis transduser yang digunakan untuk mengubah variasi mekanik, magnetis, panas, sinar, dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Sensor biasanya dikategorikan melalui pengukuran dan memegang peranan penting dalam pengendalian sistem otomatisasi. Dalam Parkir Mobil Otomatis Pada Ruang Bertingkat digunakan sensor fotolistrik yaitu opto coupler sebagai pendeteksi ruangan dan LDR sebagai pendeteksi objek. Ada dua jenis sensor fotolistrik utama yang digunakan untuk mendeteksi posisi. Masing-masing memancarkan sorotan ( infra merah atau laser ) dan elemen yang memancarkan sinar. Sensor fotolistrik jenis reflektif digunakan untuk mendeteksi sorotan sinar yang dipantulkan dari target. Sensor fotolistrik jenis trough beam digunakan untuk mengukur perubahan jumlah sinar yang disebabkan oleh target yang menyeberang sumbu optik.

42 Terdifusi - Reflektif Em ito r/ Pe ne rim a Range Pegoperasian Target Retro - Re flektif Em ito r/ Pe ne rim a Range Pegoperasian Reflekto Gambar Fotolistrik Jenis Reflektif Em ito r Range Pengoperasian Pe ne rim a Target Gambar Fotolistrik Jenis Trough-Beam

43 Sifat Sensor Fotolistrik : Deteksi Tanpa Kontak. Deteksi tanpa kontak membatasi kerusakan pada target maupun kepala sensor, memastikan pelayanan yang lebih lama dan operasi yang bebas perawatan. Deteksi target dari setiap bahan yang sebenarnya. Deteksi didasarkan pada jumlah sinar yang diterima atau perubahan jumlah sinar yang dipantulkan. Metoda ini memungkinkan deteksi target dari material yang berbeda misalnya kaca, logam kayu, plastik, dan cairan. Pendeteksian jarak jauh. Jenis reflektif sensor fotolistrik mempunyai jarak pendeteksian 1 m dan jenis melalui sorot mempunyai jarak pendeteksian 10 m. Respon kecepatan tinggi. Sensor fotolistrik ini mampu merespon kecepatan sebesar 50 mikro detik ( 1/ detik ). Diskriminasi warna. Sensor ini mempunyai kemampuan mendeteksi sinar dari listrik, didasarkan pada reflektansi dan penyerapan warnanya, jadi memungkinkan pendeteksian dan pendiskriminasian warna. Deteksi sangat cermat. Sistem optik yang unik dan rangkaian elektronika yang presisi memungkinkan penempatan dan pendeteksian yang sangat akurat dari obyek yang sangat kecil. Parkir Mobil Otomatis Pada Ruang Bertingkat menggunakan saklar mikro sebagai sensor untuk memberikan informasi kepada kontroler, bahwa forklift telah melakukan suatu tindakan atau untuk melakukan suatu tindakan tertentu Light Emitting Dioda ( Dioda-dioda Pemancar cahaya/led ) Justru karena energi dibutuhkan untuk membentuk pasangan lubang elektron, energi akan dilepaskan pada waktu elektron bergabung dengan lubang. Dioda LED ini terbuat dari bahan silikon atau germanium, probabilitas rekombinasi langsungnya kecil sekali, sehingga oleh mata kita tidak terlihat pancaran cahaya pada saat terjadinya rekombinasi itu pada junctionnya. Dalam silikon dan germanium rekombinasi ini terjadi melalui perangkap-perangkap dan energi yang dilepaskan pindah ke kristal dalam bentuk panas. Akan tetapi ternyata

44 dalam semikonduktor yang lain seperti arsenida galium, banyak rekombinasi langsung terjadi tanpa bantuan perangkap. Dalam hal ini energi yang dilepaskan, waktu elektron jatuh dari pita valensi, muncul dalam bentuk radiasi. Dioda yang demikian disebut Light Emitting Dioda ( LED ), walaupun radiasi terutama berada didaerah infra merah. Efisiensi proses pembentukkan cahaya bertambah dengan pertambahan arus yang diinjeksikan dan dengan penurunan temperature. Cahaya yang terbentuk akan terpusat dekat persambungan oleh karena sebagian besar dari pembawa berada dalam jarak panjang difusi dari persambungan. LED ini biasa juga disebut dioda cahaya, yaitu suatu jenis dioda yang apabila diberi forward bias voltage, maka terjadi rekombinasi di sekitar PN junction. Pada saat rekombinasi tersebut elektron-elektron yang melepaskan energinya akan menghasilkan cahaya dan panas. Dalam kondisi tertentu, cahaya yang dipancarkan koheren sesungguhnya ( monokhromatik ). Dioda serupa itu disebut laser persambungan terinjeksi ( Injection Junction Laser ). Simbol,susunan, bangun fisik dan konstruksi dari LED ini dapat dilihat seperti pada gambar 2.5 seperti dibawah ini. Gambar 2.18-a. Simbol LED P N Gambar 2.18-b. Susunan LED

45 Gambar 2.18-c. Bangun Fisik LED Gambar 2.18-d. Konstruksi LED Cara pengoperasian LED yaitu : Gambar Rangkaian Operasi LED

46 Selalu diperlukan perlawanan deretan R bagi LED guna membatasi kuat arus dan dalam arus bolak balik harus ditambahkan dioda penyearah. a. Kurva Karakteristik LED Pelaksanaan untuk menggambarkan kurva karakteristik LED ini sama halnya seperti pelaksanaan dioda semikonduktor lainnya, yakni grafik antara tegangan LED untuk absis pada sebuah garis kurva. Demikian juga rangkaian percobaannya sama seperti dioda-dioda semikonduktor lainnya. Adapun gambar kurva karakteristik LED ini seperti diperlihatkan di bawah ini. I ( ma ) ,2 0,40,6 0,8 1 1,21,4 1,6 Gambar Kurva Karakteristik LED Karakteristik LED Kalau dioda diberi panjaran maju, pertemuannya mengeluarkan cahaya. Warna cahaya bergantung pada jenis dan kadar material pertemuan. Ketandasan cahaya berbanding lurus dengan arus maju yang mengalirinya. Arus maju berkisar antara 10 ma 20 ma. Keunggulan LED Konsumsi arus sangat kecil.

47 Awet ( diperkirakan dapat tahan 50 tahun ). Kecil bentuknya. Dalam kondisi menghantar, tegangan maju pada : LED Merah adalah 1,6 s.d 2,2 Volt. LED Kuning adalah 2,4 Volt. LED Hijau adalah 5 Volt. Tegangan terbalik maksimum yang dibolehkan pada : LED Merah adalah 3 Volt. LED Kuning adalah 5 Volt. LED Hijau adalah 5 Volt. b. Aplikasi LED Dioda banyak diaplikasikan pada rangkaian penyearah arus (rectifier) power suplai atau konverter AC ke DC. Di pasar banyak ditemukan dioda seperti 1N4001, 1N4007 dan lain-lain. Masing-masing tipe berbeda tergantung dari arus maksimum dan juga tegangan breakdown-nya. Zener banyak digunakan untuk aplikasi regulator tegangan (voltage regulator). Zener yang ada dipasaran tentu saja banyak jenisnya tergantung dari tegangan breakdown-nya. Di dalam datasheet biasanya spesifikasi ini disebut Vz (zener voltage) lengkap dengan toleransinya, dan juga kemampuan dissipasi daya. LED array LED sering dipakai sebagai indikator yang masing-masing warna bisa memiliki arti yang berbeda. Menyala, padam dan berkedip juga bisa berarti lain. LED dalam bentuk susunan (array) bisa menjadi display yang besar. Dikenal juga

48 LED dalam bentuk 7 segment atau ada juga yang 14 segment. Biasanya digunakan untuk menampilkan angka numerik dan alphabet LDR Jenis lainnya adalah Light dependent resistor (LDR). Resistansi LDR akan berubah seiring dengan perubahan intensitas cahaya yang mengenainya atau yang ada disekitarnya. Dalam keadaan gelap resistansi LDR sekitar 10MΩ dan dalam keadaan terang sebesar 1KΩ atau kurang. LDR terbuat dari bahan semikonduktor seperti kadmium sulfida. Dengan bahan ini energi dari cahaya yang jatuh menyebabkan lebih banyak muatan yang dilepas atau arus listrik meningkat. Artinya resistansi bahan telah mengalami penurunan. Namun perlu juga diingat bahwa respon dari rangkaian transistor akan sangat tergantung pada nilai LDR yang digunakan. Lebih tinggi nilai tahanannya akan lebih cepat respon rangkaian. Akan lebih mudah mengatur respon rangkaian bila kita menggunakan Op- Amp sebagai penguat atau saklar pada rangkaian LDR. Kita bisa gunakan berbagai jenis Op-Amp yang tersedia. Kalau tersedia jenis CMOS atau yang lain tidak akan mempengaruhi penampilan LDR pada rangkaian. Tergantung pada aplikasi rangkaian yang akan kita rakit. Apakah keluaran Op-Amp akan tinggi saat LDR tidak mendapat cahaya atau Keluaran Op-Amp akan mencapai tegangan supply pada saat LDR mendapat cahaya. Gunakan rangkaian dasar Op-Amp Inverse atau Non-inverse. Dengan sifat LDR yang demikian, maka LDR (Light Dependent Resistor) biasa digunakan sebagai sensor cahaya. Contoh penggunaannya adalah pada lampu taman dan lampu di jalan yang bisa menyala di malam hari dan padam di siang hari secara otomatis. Atau bisa juga kita gunakan di kamar kita sendiri.

49 Gambar Simbol dan bentuk LDR Gambar Sensor cahaya LDR Isolator Opto Isolator Opto juga dikenal dengan opto coupler, adalah saklar fotolistrik yang terdiri dari sebuah LED yang memancarkan cahaya infra merah dan sebuah foto-transistor, seperti ditunjukkan pada gambar Untuk mendapatkan arus yang lebih besar, dapat digunakan foto-darlington sebagai pengganti foto- Transistor. LED dan foto-transistor termuat dalam suatu pak dengan dua sambungan masukan dan dua sambungan keluaran. Pada saat logika 1 diumpankan ke masukan, LED akan menghantar dan memancarkan sinar infra merah yang akan menghidupkan transistor untuk menghasilkan arus keluaran. Supaya tersedia arus yang cukup untuk menggerakkan LED, digunakan sebuah transistor.

50 Gambar Simbol Opto Coupler Karakteristik optik dan elektrik dari opto coupler : Besar tegangan maju ( forward voltage ) Besar arus maju ( forward current ) Besar tegangan mundur ( reverse voltage ) Besar arus mundur ( reverse current ) Besar arus saat cahaya terang Besar arus saat cahaya gelap Arus bocor Tegangan saturasi kolektor-emitor ( V CEsaturasi ) Puncak kepekaan panjang gelombang spektral Waktu yang diperlukan dari kondisi off menjadi on Waktu yang diperlukan dari kondisi on menjadi off Saklar Mikro Saklar mikro adalah saklar snap-acting yang ditempatkan pada rumah kecil. Pada saklar snap-acting, seperti pada saklar togel, penghubungan yang aktual dari rangkaian terjadi pada kecepatan tertentu, tidak peduli bagaimana gerakan mekanisme yang mengaktifkan bergerak dengan cepat atau lambat. Ukuran yang kecil dan tuas pengoperasian yang bermacam-macam membuat saklar mikro sangat bermanfaat sebagai saklar limit. Saklar ini dapat bekerja dengan tekanan kecil pada pengoperasian tuas yang memungkinkan sensitifitas yang besar. Gambar Simbol Saklar Mikro

51 Gambar Hubungan Kontak Saklar Mikro Gambar Bentuk Fisik Saklar Mikro Komparator Rangkaian komparator menerima tegangan input yang linier dan menghasilkan output digital yang mengindikasikan bahwa ketika salah satu input lebih kecil atau lebih besar dari input yang lainnya. Dasar rangkaian komparator dapat dilihat pada gambar 2.27 Output berupa sinyal digital. Ketika tegangan input non-inverting (+) lebih besar dari tegangan input inverting (-), maka level tegangan output akan tinggi dan level tegangan output akan rendah ketika tegangan input non-inverting (+) lebih kecil dari tegangan input inverting (-). Gambar 2.28 menunjukkan hubungan tipikal dengan satu input terhubung dengan tegangan referensi V ref ( dalam contoh ini digunakan input inverting ), sedangkan input lainnya dihubungkan dengan sinyal tegangan input V in. Ketika V in lebih kecil dari tegangan referensi ( V ref = +2V ) level tegangan output akan rendah ( mendekati 10V ). Ketika input naik diatas +2V, level tegangan output akan berubah dengan cepat menjadi tinggi ( mendekati +10V). Output tinggi menunjukkan bahwa sinyal input lebih besar dari +2V. Komparator dapat digunakan untuk mengendalikan nyala lampu atau relai. Pada Parkir Mobil Otomatis ini digunakan IC LM 339 sebagai komparator.

52 +V -Input +Input - + Output -V Gambar Dasar Rangkaian Komparator + V ( 10V ) Vref ( +2V ) Vin - + Output - V ( -10V ) Gambar Aplikasi Rangkaian Komparator +V V A V B - + Output -V Pada saat V A > V B, maka besar tegangan output -V Pada saat V A < V B, maka besar tegangan output +V Pada saat V A = V B, maka besar tegangan output = 0

53 IC LM 339 IC LM 339 adalah chip komparator yang terdiri dari empat rangkaian komparator yang masing-masing berdiri sendiri. Hubungan pin eksternal dapat dilihat pada gambar Masing-masing komparator memiliki input inverting dan input non-inverting dan satu output. Tegangan supply diberikan ke pin tegangan sumber untuk keempat komparator. Jika kita hanya ingin menggunakan satu komparator, maka komparator yang lain tetap mendapatkan tegangan supply. Gambar Hubungan Pin-pin Eksternal dari IC LM339

54 Mosfet MOSFET adalah komponen semikonduktor yang bekerja berdasarkan pada pengendalian arus oleh medan listrik. Dimana prosesnya sama dengan teknik di dalam rangkaian VLSI. Meskipun level arus dan tegangan MOSFET sangat berbeda dari desain yang digunakan di dalam komponen VLSI. Sebagian MOSFET dikendalikan oleh Bipolar Junction Transistor ( BJT ) yang mana sampai sekarang ini komponen tersebut menjadi pilihan dari aplikasi elektronik rangkaian daya. MOSFET beroperasi tergantung pada aliran pembawa mayoritas atau elektron-elektron bebas tidak dengan hubungan pembawa minoritas. MOSFET lebih baik dari BJT dalam aplikasi frekuensi tinggi, dimana kerugian daya akibat pensaklaran sangat penting. Kelebihan lainnya, MOSFET dapat digunakan dalam aplikasi yang memerlukan arus dan tegangan yang tinggi tanpa menimbulkan kegagalan yang bersifat merusak pada rangkaian yang lainnya. MOSFET dapat juga digunakan secara paralel dengan mudah karena tegangan jatuh majunya naik sesusai dengan kenaikan temperature, bahkan memastikan pendistribusian arus untuk semua komponen. Bagaimanapun juga, saat tegangan breakdown tinggi (>200V) tegangan jatuh saat posisi ON MOSFET menjadi lebih besar dari pada bipolar dengan ukuran yang sama dengan nilai tegangan yang sama. Hal ini membuat transistor bipolar lebih menarik digunakan saat kemampuan dalam frekuensi tinggi memiliki nilai yang buruk. Gambar Skematik MOSFET

55 Gambar Kurva Karakteristik Transfer Gambar Simbol MOSFET Terdapat dua jenis MOSFET, yaitu enhancement yang bersifat normal tertutup, dan depletion yang bersifat normal terbuka. Pada jenis enhancement, FET akan berada pada keadaan cut-off ( normally off ), dimana prasikap gerbang V GS = 0. Arus hanya akan mengalir jika tegangan prasikap dipasangkan ke gerbang. MOSFET tipe depletion akan menghantar ( normally on ) tanpa prasikap gerbang. Tegangan gerbang dapat positip maupun negatip. Pada kanal tipe-n, drain current akan bertambah jika tegangan gerbangnya bergerak kearah positip, atau sebaliknya. Tegangan sumber V GSOFF yang akan mengurangi drain current sampai kira-kira 0 ( misalnya 4V ) biasanya ditentukan oleh pabrik pembuatnya.

56 Meskipun pmosfet lebih mudah dibuat, tetapi nmosfet lebih banyak digunakan karena kerapatannya yang tinggi dan kecepatan pensaklarannya yang tinggi. D +V DD G V GS B 0V S Gambar Karakteristik Transfer dari MOSFET n-kanal ( jenis enhancement ) D +V DD G B V GS 0V S Gambar Karakteristik Transfer dari MOSFET n-kanal ( jenis depletion ) a. MOSFET sebagai saklar Aplikasi dari enhancement MOSFET pada umumnya digunakan sebagai penyaklaran ( switching ) elektronik Operasi MOSFET Dengan makin besar V GS akan makin besar konduktivitas dari kanal, dan akan makin besar mengalirnya arus dari drain ke source. Terdapat 3 daerah kerja untuk MOSFET, yaitu : Cut off, pada V GS lebih kecil atau sama dengan V T ( Voltage Threshold ) Saturasi, pada ( V GS -V T ) lebih kecil atau sama dengan V DS

57 Daerah linier atau resistif, pada ( V GS -V T ) lebih besar atau sama dengan V DS b. MOSFET sebagai resistor Jika MOSFET digunakan sebagai resistor, maka drain dari MOSFET dihubungkan langsung ke gate secara permanen. V DS = V GS V DS > ( V GS -V T ), berarti MOSFET berada dalam daerah aktif atau konduksi Karena V GS sama dengan V DS, maka merupakan tegangan pada non-linier resistor. Dan nilai I = 0,5 β ( V-V T ) 2 untuk V > V T I = 0 untuk V V T Dari persamaan diatas, maka harga tahanan sinyal kecil untuk setiap I adalah : R = 1 2βI untuk V > V T Dan harga tahanan DC adalah : R = 2 VT + βi I untuk V > V T LCD Persyaratan segment untuk mengerakkan antarmuka untuk tampilan kristal cair berbeda dengan persyaratan untuk antarmuka LED. Tampilan kristal cair menggunakan interaksi unik antara karakteristik elektrik dan optik dari suatu kelompok cairan yang tetap berada dalam bentuk kristal. Hal ini memberikan sifat optis yang sangat diperlukan sebagai piranti tampilan. Dengan pemakaian LCD, tidak ada cahaya yang dibangkitkan ( berbeda halnya dengan LED ), sehingga mengurangi konsumsi arus dan dayanya. Karena hal ini, LCD dapat digerakkan langsung oleh untai MOS dan CMOS. Segmen LCD mempunyai dua terminal atau bidang: bidang depan dan bidang belakang. Arus bolak balik dilewatkan pada kedua bidang dari LCD. Arus bolak-balik selalu digunakan untuk menghindari kemungkinan adanya pelapisan

58 elektrolitik dan untuk memastikan umur maksimum dari segment LCD. Cara pengoperasian segmen LCD antara lain dengan mengumpankan gelombang kotak frekuensi rendah ( sekitar 40 Hz ) pada bidang belakang ( gambar 2.35 ). Untuk mematikan segment, gelombang kotak in-phase diumpankan ke bidang depan yang akan menghasilkan medan elektris nol disepanjang dua bidang dari segment tersebut. Sebaliknya, untuk menyalakan segment, gelombang kotak out-of-phase diumpankan ke bidang depan. Gambar 2.35 (b) menunjukkan bahwa, pada saat gelombang pengontrol dan gelombang penggerak pada keadaan out-of-phase, resultan gelombang pada segmen LCD dua kali amplitudo gelombang kotak penggerak LCD akan menyebabkan segment menyala. Gambar Bentuk gelombang pengontrol dan penggerak LCD Salah satu cara untuk mengoperasikan segment LCD adalah dengan menggunakan gerbang EX-OR, seperti ditunjukkan pada Gambar Dari tabel kebenaran gerbang EX-OR dapat dilihat bahwa pada saat masukan A rendah ( logika 0 ), keluaran C mengikuti isyarat penggerak pada masukan B sebesar 40 Hz, yaitu kedua isyarat pada keadaan in-phase. Dengan demikian, segment LCD mati. Pada saat masukan A tinggi ( logika 1 ), C dan B pada keadaan out-of-phase, sehingga segment akan menyala. Gambar 2.37 menunjukkan untai antarmuka untuk sebuah digit LCD tujuh segmen. Bidang belakang semua segmen dihubungkan dengan bidang depan dari setiap segment yang digerakkan oleh pengawa-sandi yang berbeda lewat gerbang

59 EX-OR. Untuk tampilan banyak-digit teknik multiplexing sering digunakan untuk menghindari kompleksitas untai dan biaya yang mahal. Control pulse A 40 Hz B C Front plane Driving signal Back plane Gambar Cara Pengoperasian Segmen LCD Gambar Tampilan LCD satu digit Komponen Rangkaian Penggerak ( Actuator ) Penggerak dalam pengertian listrik adalah setiap alat yang mengubah sinyal listrik menjadi gerakan mekanis. Jenis yang pokok dari penggerak adalah solenoid, relay, dan motor.

60 Relai Relai adalah alat yang dioperasikan dengan listrik yang secara mekanis mengontrol penghubung rangkaian listrik. Relai adalah bagian yang penting dari banyak sistem kontrol, bermanfaat untuk kontrol jarak jauh dan untuk pengontrolan alat tegangan dan arus tinggi dengan sinyal kontrol tegangan rendah. Untuk mengaktifkan relai agar dapat merubah posisi pensaklarannya kita harus memberikan tegangan masukan yang sesuai dengan spesifikasi dari masingmasing relai yang digunakan. Tegangan masukan diperlukan untuk mendapatkan arus listrik yang diperlukan oleh lilitan yang terdapat didalam relai. Saat dialiri arus listrik, lilitan pada relai akan menghasilkan medan magnet. Medan magnet ini yang dimanfaatkan untuk merubah posisi pensaklaran. Untuk mengendalikan pensaklaran dari relai kita dapat menggunakan rangkaian driver atau pengendali. Gambar Bentuk Fisik Relai Konstruksi dalam relai terdiri dari beberapa bagian seperti dibawah ini : Elektromagnet Pegas, untuk menarik kembali kontak saat magnet tidak diberi tegangan Kontak, akan menutup saat magnet diberi tegangan dan terbuka saat magnet tidak diberi tegangan Kontak koil

61 Gambar Hubungan Kontak dari Relai Relai hanya memiliki dua kemungkinan kondisi, yaitu : a. Normally Open ( NO ) Normally open adalah suatu kondisi dimana relai dalam keadaan normal kontaknya terbuka, hal ini dikarenakan koil-nya tidak mendapatkan arus. Saat koil diberi arus maka keadaan kontaknya akan terhubung pada rangkaian dan akan mengaktifkan sistem yang terhubung dengannya. Kontak akan terhubung saat terpenuhinya arus pada lilitan yang akan menghasilkan induksi yang berasal dari arus listrik sehingga menimbulkan medan magnet yang membuat kontak tersebut yang sebelumnya tidak terhubung menjadi terhubung. b. Normally Close ( NC ) Normally close adalah kebalikan dari normally open, dimana kondisinya terhubung pada saat awalnya dan apabila mendapat arus listrik pada lilitannya akan menggerakkan kontaktor sehingga menjadi terbuka dari kondisi awalnya. Ada beberapa jenis relay yang digunakan dalam dunia industri antara lain : Relai pengendali elektro mekanis ( EMR ) Relai ini menghubungkan rangkaian beban on atau off dengan pemberian elektromagnetis. Relai pengontrol beban arus tinggi Relai ini biasa digunakan untuk mengontrol beban arus tinggi dimungkinkan karena arus yang ditangani oleh kontak lebih besar dari dapat jauh lebih besar dibandingkan dengan yang diperlukan untuk pengoperasian kumparan. Kumparan relai dapat dikontrol dengan arus rendah dari rangkaian terpadu dan transistor.

62 Solid state relai ( SSR ) SSR tidak mempunyai kumparan dan kontak sesungguhnya. Sebagai pengganti digunakan alat penghubung semikonduktor. Relai solid state tidak mempunyai bagian yang berputar, relai tersebut tahan terhadap goncangan dan getaran serta di tutup rapat terhadap kotoran dan kelembaban. Timing relai Timming relai adalah relai konvensional yang dilengkapi dengan mekanisme atau rangkaian perangkat keras tambahan untuk menunda pembukaan atau penutupan kontak beban. Relai pemilih waktu solid state Relai ini menggunakan rangkaian elektronik untuk mencapai siklus pemilihan waktunya. Beberapa timer menggunakan konstanta waktu resistor/kapasitor (RC) untuk mendapatkan basis waktu, dan yang lain menggunakan clock quartz. Relai kancing Relai ini dirancang untuk menahan relai agar tetap tertutup setelah daya dihilangkan dari kumparan. Kumparan kancing diberi tenaga sebentar untuk membuat fungsi dan memegang relai pada posisi dikancing. Kumparan lepas diberi tegangan sebentar untuk melepas sambungan kunci mekanis dan mengembalikan relai pada posisi tidak dikancing Motor DC Motor adalah sebuah aktuator yang mengubah besaran listrik menjadi sistem gerak mekanis. Motor DC beroperasi dengan prinsip-prinsip kemagnetan dasar. Polaritas arus yang mengalir melalui kawat lilitan akan menentukan arah putaran motor. Prinsip penting lainnya adalah nilai arus yang mengalir melalui lilitan. Nilai arus pada lilitan akan menentukan nilai torsi dan kecepatan putaran motor. Motor DC dibuat dalam tiga komponen dasar. Tiga tipe dasar motor DC antara lain : motor seri

63 motor paralel, dan motor seri-paralel. Motor seri dibuat untuk beban dengan torsi awal tinggi, namun kecepatan motor masih terpengaruh oleh perubahan torsi yang terjadi. Motor paralel dibuat agar kecepatan motor tetap konstan meski terjadi perubahan torsi. Sedangkan motor seri-paralel dengan sebagian karakteristik dari motor seri dan sebagian karakteristik dari motor paralel. Sehingga motor seri-paralel dapat digunakan pada aplikasi dengan torsi awal tinggi dan kecepatan motor terkontrol. Gambar Bentuk Fisik Motor DC Armatur atau Rotor Komutator atau Slip Ring Batang motor Bea ring Sta to r Gambar Konstruksi Motor DC

64 2.3. Sistem Pengendali ( Driver ) Parkir Mobil Otomatis Pada Ruang Bertingkat Rangkaian pengendali merupakan rangkaian antar muka yang digunakan untuk menggerakkan output yang berdaya besar dengan input yang berdaya kecil. Dalam sistem Parkir Mobil Otomatis Pada Ruang Bertingkat, rangkaian pengendali motor merupakan rangkaian yang digunakan untuk menggerakan motor DC yang menggunakan MOSFET, Chip IC Darlington, dan relai Skematik Rangkaian 12 V Vcc 12 V M D1 1N5400 R1 1k 12 V Relay Coil Input 1 PC817 IRF560 D2 1N4002 R3 10k R2 1k ULN 2803 Partial Schematics COM Input 2 2.7k Out / MOTOR 7.2k 3k Gambar Rangkaian Pengendali Motor

65 Prinsip Kerja Rangkaian Pada saat input katoda LED dari Opto Coupler ( Input 1 ) mendapatkan logika 0, maka transistor dari Opto Coupler akan aktif, sehingga arus akan mengalir dari colektor menuju ground, sehingga terdapat tegangan pada resistor 10kΩ. Tegangan pada gate akan menyebabkan MOSFET konduksi, sehingga arus akan mengalir dari tegangan sumber 24 V melalui motor menuju ground. Dengan kata lain MOSFET seperti saklar yang tertutup. Aliran arus pada lilitan motor akan menyebabkan induksi pada lilitan motor yang menghasilkan medan magnet, sehingga motor akan berputar. Untuk merubah arah putaran motor, maka input 2 dari Chip IC ULN diberikan logika 1, seperti terlihat pada rangkaian pengganti ULN 2803 kaki input2 terhubung terhadap R1 yang dipasang paralel dengan R2. R2 disini berfungsi sebagai pembagi arus sehingga arus yang mengalir untuk membias basis akan saat kecil sekali dikarenakan arus basis ( Ib ) yang diperbolehkan pada data sheet hanya sebesar 500 μa. Dengan adanya bias akan menyebabkan transistor konduksi dan arus akan mengalir dari Vcc menuju ground, sehingga akan terdapat tegangan pada resistor 10kΩ. Tegangan tersebut digunakan untuk membias transistor, sehingga transistor akan konduksi. Dengan kata lain, transistor seperti saklar yang tertutup. Sehingga arus akan mengalir dari tegangan sumber 24 V melalui koil relai menuju ground. Pada koil relai akan timbul induksi yang menghasilkan medan magnet. Medan magnet ini akan merubah posisi kontak dari relai, sehingga arah putaran motor akan berubah Sistem Mekanik Parkir Mobil Otomatis Pada Ruang Bertingkat Sabuk ( Belt ) Biasanya sabuk dipakai untuk memindahkan daya antara 2 buah poros yang sejajar dan dengan jarak minimum antar poros yang tertentu. Secara umum, sabuk dapat diklasifikasikan menjadi 3 jenis : 1. Flat belt 2. V-belt 3. Circular belt

66 Gambar Bentuk belt Dalam pembahasan selanjutnya penulis hanya akan membahas mengenai flat belt ( sabuk datar ) saja karena pada sistem Parkir Mobil Otomatis Pada Ruang Bertingkat hanya menggunakan sistem transmisi sabuk datar. Perputaran pulley yang terjadi terus menerus akan menimbulkan gaya sentrifugal ( centrifugal force ) sehingga mengakibatkan peningkatan kekencangan pada sisi kencang/ tight side ( T1 ) dan sisi kendor/ slack side ( T2 ). Perbandingan antara tight side ( T1 ) dengan slack side ( T2 ) ditunjukan dengan persamaan : T 1 = e sinθ T1 atau 2,3 log = μ x θ T2 T2 Adanya tarikan yang menimbulkan gaya sentrifugal ini disebut dengan centrifugal tension ( T c ) yang dirumuskan dengan : T c = m x v 2 Dengan demikian besarnya tarikan total ( total tension ) pada kedua sisi sabuk dirumuskan : 1. untuk sisi kencang ( tight side ), T t1 = T 1 + T c 2. untuk sisi kendor ( slock side ), T t2 = T 2 + T c besarnya total tension pada kedua sisi sabuk yang digunakan sebanding dengan tarikan maksimum pada belt ( T max ). Secara matematis korelasi kedua variable tersebut dirumuskan : T max = T 1 + T c Sedang besarnya tarikan maksimum pada belt ( T max ) dirumuskan : T max = σ x b x t Dimana σ = maximum safe stress

67 b = lebar belt yang digunakan t = ketebalan belt yang digunakan Besarnya daya yang mampu ditransmisikan oleh sabuk ( P ) dirumuskan : P = ( T 1 - T 2 ) x v Perubahan tegangan tarik yang terjadi pada sabuk datar yang disebabkan oleh gesekan antara sabuk dengan pulley akan menyebabkan sabuk memanjang atau mengerut dan bergerak relatif terhadap permukaan pulley, gerakan ini disebut dengan elastic creep. Sehingga bila jarak sumbu yang telah ditentukan (y) dalam persamaan : ( open belt drive ) L = 2 π ( D1 + D 2 ) + 2y + ( cross belt drive ) L = 2 π ( D1 + D 2 ) + 2y + ( D ( D D2 ) 4y 1 2 D2 ) 4y Dengan panjang sabuk yang digunakan seakan-akan tidak dapat digunakan sebagai pendekatan matematis dalam mengatur ketegangan sabuk jika kekencangan sabuk hanya ditinjau dari segi jarak sumbu saja. Oleh karena itu pada sabuk tersebut perlu digunakan idler pulley ataupun ulir pengatur jarak sumbu sehingga ketegangan sabuk dapat diatur dan jarak sumbu yang diperoleh melalui pendekatan empiris diatas merupakan jarak sumbu minimal yang sebaiknya dipenuhi dalam perancangan sabuk Pulley Pulley dapat digunakan untuk mentransmisikan daya dari poros satu ke poros yang lain melalui sistem transmisi penggerak berupa flat belt, V-belt atau circular belt. Perbandingan kecepatan (velocity ratio) pada pulley berbanding terbalik dengan diameter pulley dan secara matematis ditunjukan dengan pesamaan : D1/D2 = N2/N1 Berdasar material yang digunakan, pulley dapat diklasifikasikan dalam : 1. Cast iron pulley

68 2. Steel pulley 3. Wooden pulley 4. Paper pulley Dasar perancangan. 1. Diameter pulley bila centrifugal stress ( σ i ) dirumuskan : σ i = ρ x v 2 dimana ρ = massa jenis material pulley v = kecepatan linier pulley πxdxη dan v = 60 Dengan demikian diameter minimal dari pulleydapat diketahui. 2. Lebar pulley jika lebar belt yang akan digunakan ( b ) sudah diketahui maka lebar pulley ( B ) dirumuskan : B = 1,25 x b Ulir Ulir banyak dipergunakan dalam robotika maupun dalam dunia industri. Ulir dapat dibuat dari besi, baja maupun plastik. Dalam Parkir Mobil Otomatis Pada Ruang Bertingkat, ulir tersebut dipergunakan untuk menaikan ataupun menurunkan posisi forklift. Pada bagian bawah ulir terdapat sebuah gigi roda atau gear, untuk perputaran atau pergerakan ulir tersebut, maka roda gigi atau gear dari ulir perlu dikopel dengan roda gigi atau gear pada motor yang sesuai. Arah putaran ulir tergantung dari arah putaran motor. Gambar Bentuk Fisik Ulir

69 2.5. Sistem Kontrol ( Software ) Parkir Mobil Otomatis Pada Ruang Bertingkat Sekilas Tentang Mikrokontroller Mikrokontroler merupakan mikrokomputer yang dikemas secara internal dalam sebuah IC / Chip atau biasa disebut single chip computer yang memiliki kemampuan untuk diprogram dan digunakan khusus untuk keperluan instrumentasi dan pengendalian. Jadi di dalam sebuah mikrokontroler, selain memiliki CPU ( Central Processing Unit ) juga terdapat memori dan perangkat I/O. Secara umum struktur sistem mikrokomputer adalah sebagai berikut : 1. Mikroprosesor, sebagai CPU yang berfungsi sebagai unit pengolah pusat seluruh sistem. 2. Memori, terdiri dari ROM ( Read Only Memory ) dan RAM ( Random Access Memory ). ROM berfungsi untuk menyimpan program / perangkat lunak yang akan dijalankan oleh CPU. Sedangkan RAM berfungsi sebagai tempat penyimpan data sementara yang mungkin diperlukan oleh CPU sewaktu menjalankan perangkat lunak, misal digunakan untuk menyimpan nilai nilai pada suatu variabel. 3. Perangkat I/O, berfungsi untuk menghubungkan sistem mikrokomputer dengan dunia luar. 4. Clock, merupakan perangkat tambahan yang terletak diluar sistem mikrokomputer dan berfungsi untuk menyinkronkan kerja semua perangkat dalam sistem. Sumber sinyal clock biasanya didapatkan dari oscilator kristal.

70 Gambar Struktur Sistem Mikrokontroler Adapun keunggulan dari mikrokontroler adalah adanya sistem interrupt. Sebagai perangkat kontrol penyesuaian, mikrokontroler sering disebut juga untuk menaikkan respon semangat ekternal (interrupt) di waktu yang nyata. Perangkat tersebut harus melakukan hubungan switching cepat, menunda satu proses ketika adanya respon eksekusi yang lain Arsitektur Mikrokontroller MCS 51 Mikrokontroler seri 8051 keluaran Intel merupakan generasi kedua mikrokontroler 8 bit yang diproduksi tahun Arsitektur mikrokontroler seri 8051 merupakan salah satu jenis arsitektur yang paling banyak digunakan, khususnya dikalangan industri, sehingga banyak diadopsi oleh berbagai vendor seperti Atmel, Philips, Siemens, dan beberapa vendor lain pada mikrokontroler yang diproduksinya. Mikrokontroler produksi Intel yang menggunakan arsitektur

71 8051 tergabung dalam satu keluarga mikrokontroler yaitu keluarga MCS 51. Arsitektur mikrokontroler MCS 51 dapat digambarkan sebagai berikut : Gambar Arsitektur Mikrokontroler MCS 51

72 Mikrokontroler keluarga MCS 51 merupakan jenis mikrokontroler yang sederhana, murah dan mudah didapatkan dipasaran. Keluarga MCS 51 terdiri dari beberapa seri mikrokontroler seperti 8031, 80C31, 8051AH, dan Perbedaan antara seri yang satu dengan yang lain pada keluarga MCS 51 seperti terlihat pada tabel 2.2 dibawah ini. Tabel 2.2. Perbandingan Mikrokontroler keluarga MCS 51 Seri Mikrokontroler ROM Bytes RAM Bytes Timers KB ROM 128 bytes bytes KB EPROM 128 bytes KB ROM 256 bytes bytes KB EPROM 256 bytes KB EEPROM 128 bytes 2 Salah satu vendor lain yang menggunakan arsitektur MCS 51 adalah Atmel pada beberapa mikrokontroler yang dibuatnya seperti seri AT89C51, AT89C52, AT89S52, dan beberapa seri yang lain. Tabel dibawah ini memperlihatkan beberapa seri mikrokontroler produksi Atmel yang kompatibel dengan mikrokontroler keluarga MCS 51. Tabel Compatible ( Atmel ) Seri Mikrokontroler ROM Bytes RAM Bytes Timers AT89C1051 1K 64 bytes 1 AT89C2051 2K 128 bytes 2 AT89C/S51 4K 128 bytes 2 AT89C/S52 8K 256 bytes 3 AT89LV51 4K 128 bytes 2 AT89LV52 8K 256 bytes 3 AT89LV55L 20K 256 bytes 3

73 Dalam Tugas Akhir ini, mikrokontroler yang digunakan adalah mikrokontroler produksi Atmel seri AT89S51. Mikrokontroler seri ini merupakan mikrokontroler yang mempunyai fasilitas ISP ( In System Programming ), artinya mikrokontroler dapat memprogram dirinya sendiri, sehingga dalam penggunaannya tidak perlu bongkar pasang untuk proses pengisian program karena dapat langsung diprogram pada rangkaian minimum sistem-nya Fasilitas Mikrokontroler AT89S51 Fasilitas dan kemampuan ( Fitur ) dari mikrokontroler AT89S51 adalah sebagai berikut : Kompatibel dengan mikrokontroler keluarga MCS 51 sebelumnya. 4 Kbyte ISP ( In System Programming ) flash PEROM yang digunakan untuk menyimpan program. Flash ini dapat dihapus dan diprogram ulang ( sampai 1000 kali ). 128 byte Internal Memori ( RAM ). 32 jalur I/O yang dikelompokan dalam 4 buah port 8 bit ( port0, port1, port2, dan port3 ). 2 buah Timer / Counter 16 bit. 6 sumber Interrupt. Jalur komunikasi serial ( full duplex serial UART ). Frekuensi clock sampai 0 33 MHz. Low-Power Idle and Power-Down Modes Power-off flag Interrupt Recovery. Watchdog Timer. Dual Data Pointer. Mode pemrograman yang fleksibel ( Byte dan Page Mode ). 3 Level Program Memory Lock Bits, digunakan untuk mengunci program agar tidak dapat dibaca oleh orang lain. Tegangan operasi dinamis dari 4 5,5 volt.

74 Bentuk Fisik dan Fungsi Pin AT89S51 Bentuk fisik dan konfigurasi pin mikrokontroler seri AT89S51 adalah seperti terlihat pada gambar 2.47 di bawah ini. ( a ) ( b ) ( c ) Gambar Mikrokontroler AT89S51 (a) PDIP 40-pin ; (b) PLCC 44-pin ; (c) TQFP 44-pin

75 Keterangan fungsi pada masing masing Port dari AT89S51 adalah sebagai berikut : A. Port 0 Terdapat pada pin Port 0 merupakan port yang memiliki dua fungsi ( dual purpose port ). Untuk sistem yang sederhana ( mikrokontroler menggunakan memori internal ), port 0 berfungsi sebagai jalur I/O dua arah. Sedangkan apabila mikrokontroler menggunakan memori eksternal, port 0 digunakan sebagai jalur data dan alamat yang di multiplex. Port 0 dapat diakses secara byte ( P0 ) ataupun secara bit ( P0.X ). B. Port 1 Terdapat pada pin 1 8. Port 1 merupakan port yang berfungsi sebagai jalur I/O dua arah. Selain itu port 1 juga memiliki beberapa fungsi tambahan seperti terlihat pada tabel dibawah ini. Tabel 2.4. Fungsi khusus Port 1 Pin Port 1 Fungsi Khusus P1.5 MOSI ( Jalur input instruksi pada saat pemrograman / ISP ) P1.6 MISO ( Jalur output data pada saat pemrograman / ISP ) P1.7 CLOCK IN ( Jalur masukan clock pada saat pemrograman / ISP ) C. Port 2 Terdapat pada pin Sama seperti port 0, port 2 juga memiliki dua fungsi ( Dual Purpose Port ). Untuk sistem yang sederhana ( mikrokontroler menggunakan memori internal ), port 2 berfungsi sebagai jalur I/O dua arah. Sedangkan pada saat mikrokontroler menggunakan memori eksternal, port 2 digunakan sebagai penyalur alamat high byte.

76 D. Port 3 Terdapat pada pin Port 3 memiliki fungsi ganda, selain sebagai port masukan/keluaran data byte atau bit secara umum ( seperti P1.X ) port 3 juga mempunyai fungsi khusus seperti terlihat pada tabel di bawah ini. Tabel 2.5. Fungsi khusus Port 3 Pin Port 3 Fungsi Khusus P3.0 RXD ( Port Input komunikasi serial ) P3.1 TXD ( Port Output komunikasi serial ) P3.2 INT0 ( Jalur Interupsi eksternal 0 ( aktif rendah )) P3.3 INT1 ( Jalur Interupsi eksternal 1 ( aktif rendah )) P3.4 T0 ( Input eksternal Timer 0 ) P3.5 T1 ( Input eksternal Timer 1 ) P3.6 WR ( Berfungsi sebagai sinyal kendali tulis, saat prosesor akan menulis data ke memori / IO luar ) P3.7 RD ( Berfungsi sebagai sinyal kendali baca, saat prosesor akan membaca data dari memori / IO luar ) E. PSEN ( Program Store Enable ) Terdapat pada pin 29. PSEN berfungsi sebagai sinyal pengendali yang mengizinkan mikrokontroler mengakses/membaca program dari memori eksternal. Pada saat mikrokontroler menggunakan memori eksternal, pin ini dihubungkan dengan pin OE ( Output Enable ) dari EEPROM. Sinyal PSEN akan low ( 0 ) pada tahap penjemputan ( fetch ) instruksi. PSEN akan selalu bernilai 0 pada pembacaan program memori internal. F. ALE ( Address Latch Enable ) Terdapat pada pin 30. ALE berfungsi untuk menahan sementara alamat byte rendah pada proses pengalamatan ke memori eksternal. Ketika menggunakan program memori eksternal port 0 akan berfungsi sebagai address dan data bus. Pin ALE akan mengeluarkan sinyal high ( 1 ) pada saat

77 keluaran dari port 0 adalah address, dan akan mengeluarkan sinyal low ( 0 ) pada saat keluaran dari port 0 adalah data. Maksud dari keberadaan ALE adalah untuk memberitahu piranti eksternal yang terhubung ke port 0 bahwa pada saat itu keluaran port 0 adalah address atau data. G. EA ( External Address ) Terdapat pada pin 31. Pin ini digunakan untuk pilihan program, apakah akan menggunakan program internal atau program eksternal. Jika pin EA diberi masukan 1, maka mikrokontroler akan menjalankan program memori internal saja. Sedangkan jika diberi masukan 0, mikrokontroller akan menjalankan program memori eksternal. Pin PSEN otomatis tidak akan berfungsi jika EA bernilai High. H. RST ( Reset ) Terdapat pada pin 9. Berfungsi sebagai pin Reset yang akan mereset mikrokontroler jika diberi masukan 1 selama minimal 2 siklus mesin, sehingga isi dari register register internal AT89S52 akan bernilai default. Nilai default dari register - register internal AT89S52 setelah sistem reset adalah seperti terlihat pada tabel 2.6 di bawah ini. Tabel 2.6. Nilai register setelah reset Register Isi Program Counter ( PC ) Accumulator B Register PSW Stack Pointer ( SP ) DPTR Port 0 3 IP IE b b b b b b b XX b 0X b

78 Timer Register SCON SBUF PCON b b XXXX XXXXb 0XXX 0000b I. On Chip Oscilator ( XTAL ) AT89S51 memiliki on chip oscilator yang dapat bekerja jika di drive menggunakan kristal. Kristal yang digunakan untuk men drive on chip oscilator dihubungkan dengan pin 18 dan 19 dan ditambahkan kapasitor untuk menstabilkan sistem. Nilai kristal yang digunakan disesuaikan dengan frekuensi clock yang mampu dihasilkan. Untuk seri AT89S51 biasanya digunakan kristal dengan nilai 11,9 atau 12 MHz. Selain dapat di drive dengan menggunakan kristal, on chip oscilator juga dapat di drive dengan menggunakan TTL oscilator. J. Catu Daya Pin Vcc terdapat pada pin 40 dengan catu daya 5 volt, sedangkan pin ground ( Vss ) terdapat pada pin Organisasi Memori Berdasarkan sifat data yang disimpannya, memori dikelompokan menjadi dua yaitu ROM ( Read Only Memory ) dan RAM ( Random Access Memory ). Perbedaan antara ROM dan RAM adalah sebagai berikut : ROM ( Read Only Memory ) ROM hanya bisa dibaca isinya tetapi tidak bisa ditulis dan bersifat nonvolatile (isinya tidak hilang jika satu daya diputus). RAM ( Random Access Memory ) RAM bisa dibaca isinya maupun ditulis dan bersifat volatile (isinya tidak hilang jika catu daya diputus).

79 Mikrokontroler keluarga MCS-51 memiliki dua ruang memori, yaitu memory program (program memory) dan memory data (data memory). Memory program menggunakan memory jenis ROM (Read Only Memory) yang khusus digunakan untuk menyimpan program yang mengatur kerja dari mikrokontroler. Sedangkan untuk memori data menggunakan memory jenis RAM yang akan berisi data data selama mikrokontroler bekerja. Setiap mikrokontroler khususnya keluarga MCS-51 memiliki ROM internal yang besarnya bervariasi. Peta memori program dan memori data mikrokontroler MCS-51 (untuk seri AT89C/S51) seperti terlihat pada gambar dibawah ini. Gambar Peta Memori Program dan Memori Data MCS 51 ( AT89C /S51 ) Memory Program Memory program dalam mikrokontroler MCS-51 dapat berupa memori internal mapun memori eksternal. Pemilihan memori program ini tergantung dari kondisi pin EA (pin 31) dari mikrokontroller. Jika pin EA = 1 (dihubungkan ke

80 Vcc), maka memori program yang digunakan adalah memori program internal/flash PEROM (Programmable Erasable ROM). Untuk mikrokontroller MCS-51 seri AT89S52 memori program internal terletak pada alamat 0000h - 1FFFh dengan kapasitas 8 Kbyte. Apabila memori program internal tidak cukup, maka dapat ditambah memori eksternal (EPROM, EEPROM, dll) dengan cara menghubungkan pin EA dengan ground ( EA = 0). Untuk AT89S52 memori program eksternal terdapat pada alamat 2000h FFFh. Penggunaan memori program eksternal memerlukan dekoder alamat yang berfungsi untuk memilih lokasi memori program yang akan diakses hingga mencapai lokasi FFFh. Dalam penseleksian memori program eksternal, sinyal PSEN harus disertakan untuk mengaktifkan chip selecy (CE ). Jika pin EA = 0, maka internal PEROM dinon-aktifkan, artinya seluruh program yang diakses berasal dari memori eksternal. Gambar di bawah ini memperlihatkan konfigurasi MCS-51 yang menggunakan memori eksternal.

81 Gambar Konfigurasi MCS 51 menggunakan memori program eksternal Pada gambar 2.49 diatas, port 0 digunakan sebagai port data dan low address yang dimultipleks dengan sinyal kendali ALE, port 2 merupakan jalur high address. IC 74LS573 digunakan sebagai penahan alamat ( address latch ), sedangkan IC 74LS138 digunakan sebagai pengkode alamat ( address decoder ). Memori program eksternal menggunakan EEPROM 27128, sedangkan RAM eksternal menggunakan RAM 6264.

82 Memori Data Peta memori data dapat dikelompokkan menjadi dua, yaitu memori data internal dan memori data eksternal. AT89S52 menggunakan 256 bytes RAM dengan alamat 00h FFh, dengan pembagian sebagai berikut : Alamat 00h 7Fh ( 128 byte bagian bawah ) Mov A,40h Alamat 80h FFh ( 128 byte bagian atas ) Mov R0,#40H; Mov Akses ke alamat 00h 7Fh dapat dilakukan secara langsung ( direct ) maupun tidak langsung ( indirect ). Akses RAM internal Alamat 00h 7Fh : Direct ( gunakan angka penunjuk alamat ) Mov A, 30h ; copy alamat 30h ke akumulator Indirect ( gunakan ) Mov R0, # 30h ; isi register R0 dengan angka 30h. ( simbol # ) Mov A,@RC ; copy data ke A dari alamat yang ditunjukkan ; oleh R0. ( ) Memori data internal 128 byte bagian atas menempati alamat paralel ke Special Function Register (SFR). Artinya 128 byte bgian atas mempunyai alamat yang sama dengan SFR, namun secara fisik berpisah dari SFR. Ketika instruksi mengakses lokasi internal di atas 7FH, mode alamat yang digunakan pada instruksi menentukan apakah CPU mengakses 128 byte atas atau SFR. Instruksi yang menggunakan pengalamatan langsung akan mengakses ruang SFR. Akses ke alamat 80h FFh : RAM hanya bisa Inderict 8x52 & MOV R1, #0A0H MOV A,@R1 SFR hanya bisa Direct MOV A, 0A0H Memori data internal dapat digambarkan seperti dibawah ini.

83 Gambar Memori data internal Peta lokasi alamat memori data internal seperti terlihat pada gambar dibawah ini. No Memori $00 $08 $10 $18 $20 $28 $30 $7F $80 R0 R0 R0 R0 Bit No $00..$07 Bit No $40..$47 R1 R1 R1 R1 Bit No $08.$.0F Bit No $48..$4F R2 R2 R2 R2 Bit No $10..$17 Bit No $50..$57 R3 R3 R3 R3 Bit No $18.$.1F Bit No $58..$5F R4 R4 R4 R4 Bit No $20..$27 Bit No $60..S67 R5 R5 R5 R5 Bit No $28..$2F Bit No $68..$6F Memori untuk keperluan umum sebanyak $50 (80) byte dengan nomor memori $30..$7F Special Function Register (SFR) R6 R6 R6 R6 Bit No $30..$37 Bit No $70..$77 R7 R7 R7 R7 Bit No $38..$3F Bit No $78..$7F Keterangan Register Kelompok 0 Register Kelompok 1 Register Kelompok 2 Register Kelompok 3 Bit nomor $00 samapi S3F Bit nomor $40 sampai $7F dengan nomor memori $80..$FF $FF Tanda $ merupakan awalan untuk menyatakan angka di belakangnya adalah bilangan heksa-desimal Gambar Peta memori data internal MCS 51

84 Memori data internal dapat dibagi menjadi 4 bagian, yaitu: a. Register Serba Guna (General Purpose Register) Register ini berfungsi sebagai memori data biasa dengan lokasi alamat 00h 18h (32 byte). Register ini dikelompokkan menjadi 4 kelompok register ( register bank ). Delapan byte memori dari kelompok register ini dikenal dengan R0, R1, R2, R3, R4, R5, R6, dan R7 yang menempati lokasi alamat 00h 0Fh. Keempat kelompok register serba guna ini tidak bisa dipakai secara bersamaan, sesaat setelah reset yang aktif adalah kelompok Register 0 ( Register Bank 0 ). Pada saat yang aktif adalah kelompok register 2, maka yang dianggap sebagai R0 adalah memori data nomor 10h. Untuk memilih kelompok register yang aktif ini dilakukan dengan cara mengatur bit RS0 dan RS1 yang terdapat pada register PSW (Program Status Word). b. Memori Level Bit ( Bit-Addressable RAM) Memori ini berfungsi sebagai memori data biasa yang digunakan untuk menyimpan informasi dalam level bit dengan lokasi alamat 20h 2Fh. Setiap byte memori di daerah ini bisa dipakai menampung 8 bit informasi yang masing masing dinomori sendiri. Dengan demikian 16 byte memori yang dialamati dengan alamat 00h-7Fh. Isi dari memori level bit ini bisa diset 1 atau 0 dengan menggunakan instruksi SETB dan CLR. SETB 00h memori bit alamat 0h menjadi 1 /bit nomor 0 dari memori data pada alamat 20h menjadi 1, sedangkan bit-bit yang lain pada alamat memori 20h tidak berubah nilai. CLR 7Fh memori bit alamat 7Fh menjadi 0 /bit nomor 7 dari memori data alamat 2Fh menjadi 0, sedangkan bit-bit lainnya pada alamat memori 2Fh tidak berubah nilai.

85 c. RAM fungsi umum Memori data biasa yang digunakan untuk menyimpan data dan tidak bisa dialamati secara bit. Memori ini menempati lokasi alamat 30h 7Fh. Lokasi 20h biasanya dalam program digunakan untuk proses tumpukan (stack). d. Register Fungsi Khusus ( SFR / Special Function Register ) Merupakan register dengan fungsi khusus yang menempati lokasi alamat 80h FFh. Peta lokasi alamat SFR seperti terlihat pada gambar di baeah ini. F8 F0 B FF F7 E8 E0 ACC EF E7 D8 D0 PSW DF D7 C8 CF C0 B8 B0 A8 A IP P3 IE P2 SCON P1 TCON P0 SBUF TMOD SP TL0 DPL TL1 DPH TH0 TH1 PCON C7 BF B7 AF A7 9F 97 8F 87 Gambar Peta lokasi alamat SFR Register ini terdiri atas : REGISTER A (Accumulator) Merupakan registrasi utama 8 bit yang paling sering digunakan dalam operasi aritmatika dan logika. REGISTER B

86 Register ini digunakan secara umum atau sebagai pasangan Register A, yang biasanya digunakan selama operasi perkalian dan pembagian. Register Penyimpan Status Program ( PSW / Program Status Word ) Register ini terdiri dari beberapa bit status yang menggambarkan keadaan yang sedang berlangsung dalam CPU, misal sedang melakukan operasi aritmatika. Register PSW terdiri dari beberapa bit seperti terdapat pada tabel di bawah ini. Tabel 2.7. Register Program Status Word BIT Simbol Alamat Deskripsi bit PSW.7 CY D7h Carry flag PSW.6 AC D6h Auxilliary Carry flag PSW.5 F0 D5h Flag 0 PSW.4 RS1 D4h Register Bank Select 0 PSW.3 RS2 D3h Register Bank Select 1 00 : Bank 0 ; alamat 00h 07h 01 : Bank 1 ; alamat 08h 0Fh 02 : Bank 2 ; alamat 10h 17h 03 : Bank 3 ; alamat 18h 1Fh PSW.2 OV D2h Overflow Flag PSW.1 - D1h Reserved PSW.0 P D0h Even Parity Flag Register Pengontrol Prioritas Interupsi ( IPC / Interrupt Priority Control Bit ) Merupakan register 8 bit yang berfungsi menentukan prioritas interupsi sesuai yang diinginkan. Port Register

87 Terdiri dari 4 port, port 0 pada alamat 80h, port 1 pada alamat 90h, port 2 pada alamat A0h, port 3 pada alamat B0h. Keempat port ini dapat dialamati secara bit maupun byte. Pada saat menggunakan memori eksternal, port 0, 2 dan 3 tidak cocok digunakan untuk I/O, tetapi untuk keperluan lain seperti interupsi dan komunikasi serial. Pengatur Interupsi ( IE / Interrupt Enable ) Merupakan register 8 bit yang berfungsi sebagai pengatur aktif tidaknya sumber interupsi dan satu bit interupsi ( EA ) yang mengatur aktif tidaknya semua sumber interupsi. Register Penampung Data Serial ( SBUF / Serial Buffer ) Merupakan register yang berfungsi menampung sementara data serial yang akan dikirim atau diterima serial port. Register Pengatur Serial ( SCON / Serial Port Control ) Merupakan register 8 bit yang berfungsi mengatur ragam penerimaan / pengiriman data serial melalui serial port. Register Pewaktu Terdiri dari dua buah register 16 bit untuk keperluan pewaktuan ( timer ) atau pencacahan ( counter ), yaitu masing masing TH0, TH1, dan TL0, TL1. Operasi pewaktuan dan pencacahan dalam mikrokontroller diatur oleh register 8 bit TMOD dan TCON. Register Pengatur Daya ( PCON / Power Control Register ) Merupakan register 8 bit yang terdiri dari : - Bit SMOD yang digunakan untuk meningkatkan baud rate pada serial port menjadi 2 kali. - Bit GF0 dan GF1 digunakan untuk umum. - Bit PD, digunakan untuk mengatur power down mode.

88 - Bit IDL, idle mode, bila diset, clock akan dimatikan hanya untuk CPU, tidak untuk interupsi, timer dan serial port. Jadi hanya CPU yang berhenti bekerja. Register Penunjuk Data ( DPTR / Data Pointer ) Merupakan register 16 bit yang befungsi untuk mengakses kode atau data yang berada di luar internal memori. Terdiri dari DPH ( high byte ) dan DPL ( low byte ). Register Penunjuk Tumpukan ( SP / Stack Pointer ) Merupakan register 8 bit yang digunakan untuk menunjuk alamat ke lokasi memori internal yang disebut stack. Biasanya register ini dimanfaatkan pada program yang banyak menggunakan sub rutin, proses interupsi, dan proses pendorongan ( PUSH ) data ke stack atau pengambilan ( POP ) data dari stack. Biasanya terletak pada alamat 2Fh. Register Pencacah Program ( Program Counter ) Merupakan register 16 bit yang berisi alamat instruksi berikutnya yang akan dilaksanakan / dieksekusi oleh CPU. Organisasi memori mikrokontroler keluarga MCS 51 secara lengkap dapat dilihat pada gambar 2.53 di bawah ini.

89 BYTE ADDRESS BIT ADDRESS BYTE ADDRESS BIT ADDRESS 7F FF F0 F7 F6 F5 F4 F3 F2 F1 F0 B GENERAL PURPOSE RAM E0 D0 E7 E6 E5 E4 E3 E2 E1 E0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 ACC PSW 30 2F 7F 7E 7D 7C 7B 7A E D 6F 6E 6D 6C 6B 6A C B 5F 5E 5D 5C 5B 5A A F 4E 4D 4C 4B 4A F 3E 3D 3C 3B 3A F 2E 2D 2C 2B 2A F 1E 1D 1C 1B 1A F 0E 0D 0C 0B 0A F BANK BANK F BANK BANK 0 00 B8 B0 A8 A D 8C 8B 8A BC BB BA B9 B8 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 AF - - AC AB AA A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 NOT BIT ADDRESSABLE 9F 9E 9D 9C 9B 9A NOT BIT ADDRESSABLE NOT BIT ADDRESSABLE NOT BIT ADDRESSABLE NOT BIT ADDRESSABLE NOT BIT ADDRESSABLE 8F 8E 8D 8C 8B 8A NOT BIT ADDRESSABLE NOT BIT ADDRESSABLE NOT BIT ADDRESSABLE NOT BIT ADDRESSABLE IP PORT3 IE PORT2 SBUF SCON PORT1 Th1 Th0 Tl1 Tl0 TMOD TCON PCON DPH DPL SP PORT1 RANDOM ACCESS MEMORY SPECIAL FUNCTION REGISTER Gambar Organisasi memori mikrokontroler keluarga MCS Pemrograman MCS Bahasa Pemrograman Assembly

90 Bahasa pemrograman komputer dibagi menjadi dua tingkatan yaitu bahasa pemrograman tingkat tinggi ( high level language ) dan bahasa pemrograman tingkat rendah ( low level language ). Pada bahasa pemrograman tingkat tinggi instruksi instruksi ( source code ) yang ditulis dalam program mudah dimengerti oleh manusia ( berorientasi kepada manusia ), contohnya adalah bahasa C, Pascal, dan Basic. Sedangkan pada bahasa pemrograman tingkat rendah, instruksi instruksi yang ditulis harus dapat dimengerti dan diintepretasikan oleh mesin ( berorientasi pada mesin ), contohnya adalah bahasa assembly. Walaupun bahasa tingkat tinggi saat ini terus berkembang dengan segala fasilitas dan kemudahannya, namun peranan bahasa tingkat rendah ( dalam hal ini assembly ) tetap tidak dapat digantikan terutama dalam pemrograman perangkat keras ( hardware ). Program yang ditulis dalam bahasa assembly relatif lebih panjang dan sulit dimengerti, namun mempunyai keunggulan dalam ukuran file yang kecil, kecepatan eksekusi, dan kemudahan dalam manipulasi sistem komputer. Penggunaan bahasa assembly memerlukan program assembler untuk mengkonversi instruksi instruksi yang ditulis menjadi bahasa mesin. Bahasa assembly merupakan bahasa pemrograman yang paling banyak digunakan dalam pemrograman mikrokontroler. Selain bahasa assembly, bahasa C juga mulai banyak digunakan dalam pemrograman mikrokontroler turunan yang lebih tinggi seperti AVR dari Atmel dan Microchip PIC. a. Struktur Bahasa Assembly Struktur bahasa Assembly adalah susunan perintah yang terdiri dari : assembler directive, assembler control, label, mnemonic, dan komentar yang disusun membentuk suatu bahasa yang dimengerti oleh kompiler untuk diterjemahkan ke dalam bahasa mesin. Secara umum format penulisan program dalam bahasa assembly adalah sebagai berikut :

91 A. Label Label merupakan simbol yang digunakan untuk menunjukkan alamat lokasi memori fisik yang berkaitan dengan pernyatan yang diberi label tersebut. Label harus diakhiri dengan tanda titik dua [ : ]. Aturan penulisan label dalam bahasa assembly adalah sebagai berikut : Penulisan huruf dan kecil tidak dibedakan. Penulisan label harus diawali dengan menggunakan huruf, tidak boleh diawali dengan angka. Tidak boleh menggunakan spasi. Untuk memisahkan dua karakter menggunakan garis bawah. B. Mnemonic Mnemonic atau opcode adalah kode yang akan melakukan aksi terhadap operand. Mnemonic berkaitan dengan instruksi pada pemrograman bahasa assembly. Nama nama mnemonic dan operand tidak boleh digunakan untuk simbol yang lain, misal untuk label. C. Operand Operand adalah data atau register yang akan diproses oleh mnemonic / opcode. Sebuah opcode bisa membutuhkan 1, 2 atau lebih operand, tapi kadang juga tidak memerlukan operand. CJNE R0,#22H, AKSI ; dibutuhkan 3 buah operand A ; dibutuhkan 2 buah operand RL A ; dibutuhkan 1 buah operand NOP ; tidak memerlukan operand

92 D. Komentar Komentar digunakan untuk memberi keterangan pada program assembler, dan bisa ditempatkan di baris mana saja dengan memberi tanda semicolon ( ; ) di awalnya. Contoh penulisan program bahasa assembly adalah sebagai berikut : ; Program Nyala LED kedip kedip ; * * * * * * * * * * * * * * * * * * * ; Assembler Control $MOD51 ORG 0000h ; Program Utama Start: Mov P1,#00h ; hidupkan LED pada P1 Acall Tunda ; panggil sub rutin Tunda Mov P1,#0FFh ; matikan LED pada P1 Acall Tunda ; panggil sub rutin Tunda SJMP Start ; kembali ke Start ; Sub Rutin Tunda : Mov A,#0FFh LoopA: Mov B,#0FFh LoopB: NOP DJNZ B,LoopB DJNZ A,LoopA Ret End Secara umum struktur program dalam bahasa assembly adalah sebagai berikut : ; Nama Program ; * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * ; Assembler Control $MOD

93 ; Assembler Directive ; inisialisasi variabel ; pemilihan segmen ; reservasi tempat di memori ORG 0000h ; Program Utama ; Akhir Program Utama ; Sub Rutin ; Sub Rutin A Ret ; Sub Rutin B Ret ; Interrupt Service Routine ( ISR ) Reti ; Akhir Seluruh Program End b. Kompiler Bahasa Assembler Salah satu kompiler yang paling banyak digunakan adalah ASM51.EXE. Proses kompilasi harus bebas dari kesalahan. Hasil proses kompilasi terdiri dari dua buah file, yaitu file berekstensi.lst ( Listing File ) dan file berekstensi.hex

94 ( Intel Hex File ). Kedua file ini adalah file text yang dapat dibuka dengan text editor, misal Notepad. File berekstensi.lst berisi informasi tentang alokasi memori, kode mesin, cross reference, adanya kesalahan program dan keterangan yang lain. Sedangkan file berekstensi.hex berisi kode kode bahasa mesin yang akan didownload ke mikrokontroler. Diagram blok proses kompilasi program assembler seperti terlihat pada gambar 2.54 dibawah ini. LST Filo Assembler File Kompiler HRX File Programmer Mikrokontroler HEX to BIN BIN File Gambar Proses kompilasi program assembler Pembuatan dan Pengisian Program ke MCS 51 Secara garis besar, pembuatan dan pengisian program ke mikrokontroler dilakukan melalui beberapa tahap sebagai berikut : 1. Merancang algoritma program yang diinginkan ( flow chart ). 2. Membuat source program dengan mengacu pada algoritma. Dalam bahasa pemrograman assembly, source code biasanya berupa file text yang ditulis dengan menggunakan text editor seperti Notepad, atau dengan menggunakan program ( software ) aplikasi khusus yang saat ini mulai banyak digunakan seperti software Reads Meng-compile source program yang telah dibuat sehingga menjadi bahasa mesin ( file tipe.hex ). Jika source program yang dibuat menggunakan bahasa

95 assembly maka di-compile menggunakan program assembler, sedangkan jika source program dibuat menggunakan bahasa tingkat tinggi ( misal bahasa C ) maka di-compile dengan menggunakan suatu program compiler. Pada software Reads51, source code dapat langsung di-compile dengan menggunakan fasilitas compiler yang sudah disediakan tanpa harus menggunakan program compiler tambahan. 4. Sebelum di-download ke mikrokontroller, hasil program dapat diuji coba terlebih dahulu, baik menggunakan simulasi software maupun emulasi hardware. Uji coba dengan simulasi software dapat menunjukkan hasil program pada simulasi komputer, sedangkan emulasi hardware dilakukan dengan menggunakan hardware emulator yang mewakili hardware mikrokontroller sehingga uji coba lebih nyata ( real ). 5. Langkah selanjutnya adalah mengecek apakah hasil uji coba sudah sesuai dengan yang diharapkan. Jika sudah sesuai, file.hex hasil compile ini dapat langsung di-download ke mikrokontroller. Sedangkan jika terjadi kesalahan, maka dapat dilakukan debugging untuk mencari letak kesalahan program. 6. Setelah diketahui letak kesalahan program, langkah berikutnya adalah memperbaiki kesalahan tersebut dan meng-compile ulang source code sehingga didapatkan file tipe.hex yang sudah benar. 7. File tipe.hex hasil compiler inilah yang akan diisikan kedalam memori program ( ROM ) mikrokontroler dengan menggunakan software downloader yang banyak tersedia seperti AEC ISP Downloader dan ATMEL Microcontroller ISP Software. Microcontroller ISP Software Alur tahapan pembuatan dan pengisian program ke mikrokontroller dapat dilihat pada gambar 2.55 dibawah ini.

96 Gambar Diagram alir pemrograman mikrokontroler

97 Cara Pengisian Program 1. Hubungkan konektor DB-25 kabel ISP ke LPT1 (port paralel) komputer 2. Hubungkan konektor White Housing kabel ISP modul CCMBoard-51 PS RESET ISP PIN imac R3 R4 P1.0 P1.7 P3.0 P3.1 CON PORT1 CON PORT3 AT89S52 CON PORT0 CON PORT2 P0.0 P0.7 P2.7 P2.0 R1 R2 Gambar Hubungan koneksi PC to ISP modul CCMBoard Hubungkan power supply ke modul CCMBoard Jalankan program AEC_ISP, sehingga dilayar monitor akan muncul tampilan sebagai berikut :

98 5. Pilih Setup 6. Pilih seri mikrokontroler yang akan digunakan (dalam hal ini AT89S51) 7. Pilih jenis port printer yang akan digunakan (LPT1/LPT2).

99 Jika program mau dikunci agar tidak bisa di bajak, Lock protect bit1, Lock protect bit2, dan Lock protect bit3 pilih YES Untuk keluar pilih Save setup 8. Pilih menu Load Hex file to Flash buffer untuk membuka file.hex yang akan di download ke Mikrokontroller. Kemudian ketikan nama file.hex tersebut. Jika file valid/ada, maka akan keluar data berupa HEX file

100 9. Pilih menu Program untuk memulai proses download file ke mikrokontroler

101 10. Setelah selesai proses download, untuk melihat hasil program tanpa melepas kabel ISP, pilih menu Reset menjali Low Mode Pengalamatan Mode pengalamatan adalah cara penulisan operand dari suatu instruksi, untuk mengalamatkan suatu data yang diinginkan, baik asalnya dan juga tujuannya. Bahasa pemrograman assembly untuk mikrokontroller MCS 51 memiliki 8 jenis mode pengalamatan. a. Register Addressing Adalah pengalamatan yang melibatkan register. Contoh : MOV A,R1 ; isi register R1 di-copy ke register akumulator b. Direct Addressing Adalah pengalamatan langsung yang dilakukan dengan cara menuliskan langsung nomor alamat memori ( biasanya dalam format heksadesimal ). Pengalamatan ini hanya digunakan untuk mengalamati : RAM Internal ( 0 7Fh ) Special Function Register ( I/O port, control register, status register, dll ) ( 80 FFh )