BAB II TEORI DASAR. Sinar infra merah merupakan cahaya yang tidak tampak. Cahaya infra merah

Transkripsi

1 BAB II TEORI DASAR 2.1 Cahaya Infra Merah Infra merah adalah radiasi elektromagnetik dari panjang gelombang lebih panjang dari cahaya tampak, tetapi lebih pendek dari radiasi gelombang radio. Sinar infra merah merupakan cahaya yang tidak tampak. Cahaya infra merah memiliki panjang gelombang antara 700 nm dan 1 mm. Semua remote kontrol televisi menggunakan transmisi sinyal infra merah yang dimodulasi dengan sinyal pembawa dengan frekuensi tertentu yaitu pada frekuensi 30KHz sampai 40KHz. Karakteristik Cahaya Infra merah : 1. Tidak dapat dilihat oleh manusia. 2. Tidak dapat menembus materi yang tidak transparan. 3. Dapat ditimbulkan oleh komponen yang menghasilkan panas. 7

2 Metode Pengiriman Data Remote Data yang dikirimkan oleh remote dikirim menggunakan media cahaya pada spektrum infrared atau sering disebut cahaya infrared. Data informasi dikirim dengan menggunakan metode pulse coded. Yaitu metode yang digunakan dengan mengatur panjang pulsa high-nya, sehingga pulsa divariasi untuk menunjukkan data berlogik high atau low. Gambar 2.1 Metode Pulses Coded Protokol Pengiriman Data Remote Agar data yang dikirim dapat diterjemahkan oleh penerima maka data yang dikirim harus memiliki aturan pengiriman. Sehingga penerima dapat menerjemahkan kembali informasi yang diterima berdasarkan aturan yang telah ada. Aturan pengiriman data diatur dalam protokol pengiriman. Adapun protokol pengiriman data remote sebagai berikut : Gambar 2.2 Protokol Remote

3 9 Berdasarkan protokol di atas data LSB dikirimkan pertama kali, pulsa diawali dengan start bit selama 2.4 ms, kemudian diikuti standard low 600 μs. Data dikirimkan 7 bit command dan 5 bit address. Dari gambar diatas, terlihat bahwa yang membedakan logika high dan low adalah lebar pulsa. Lebar pulsa low adalah 600 μs dan pulsa high bernilai lebih dari itu (1.2 ms). Gambar 2.3 Modulasi lebar pulsa logik high dan low 2.2 Arduino board ATmega 328 Dalam beberapa tahun terakhir, mikrokontroler telah menjadi lebih murah dan lebih mudah digunakan, hal ini memungkinkan terciptanya alat yang lebih baik. Arduino adalah sebuah terobosan baru dalam dunia elektronika, khususnya mikrokontroller. Kemajuan yang dibuat dengan Arduino membawa alat ini satu langkah lebih dekat bagi pemula, memungkinkan orang untuk memulai sebuah perancangan sistem control dengan lebih mudah menggunakan Arduino. Arduino adalah sebuah kit elektronik yang dirancang khusus untuk memudahkan setiap orang dalam belajar atau mengembangkan perangkat elektronik yang dapat berinteraksi

4 10 dengan bermacam-macam sensor dan pengendali. Saat ini Arduino sangat populer di seluruh dunia. Banyak pemula yang belajar mengenal robotika dan elektronika lewat Arduino karena mudah dipelajari. Bahasa yang dipakai dalam Arduino adalah bahasa C yang disederhanakan dengan bantuan library-library Arduino. Gambar 2.4 Arduino Uno Tampak Depan

5 11 Gambar 2.5 Arduino Uno Tampak Belakang Gambar di atas merupakan salah satu gambar dari versi Arduino, yaitu Arduino Uno. Arduino Uno adalah board berbasis mikrokontroler ATmega328. Ia memiliki 14 digital input / output pin (dimana 6 dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack listrik, ICSP header, dan tombol reset. Ini berisi semua yang diperlukan untuk mendukung mikrokontroler, hanya terhubung ke komputer dengan kabel USB atau listrik dengan adaptor AC-DC atau baterai untuk memulai. Uno dibangun tahun 2009 di Italia dan diberi nama setelah tahun peluncurannya.

6 Arduino Uno Arduino Uno memiliki sejumlah fasilitas untuk berkomunikasi dengan komputer, Arduino lain, atau mikrokontroler lainnya. Pada ATmega328 menyediakan (5V) komunikasi serial, yang tersedia pada pin digital 0 (RX ) dan 1 (TX). Sebuah ATMega328 pada saluran komunikasi serial board ini melalui USB dan driver (disertakan dengan perangkat lunak Arduino) menyediakan port com virtual untuk perangkat lunak pada komputer. Perangkat lunak Arduino termasuk monitor serial yang memungkinkan data tekstual sederhana yang harus dikirim ke dan dari board Arduino. RX dan TX LED pada board arduino akan berkedip ketika data sedang dikirim melalui chip FTDI dan koneksi USB ke komputer (tetapi tidak untuk komunikasi serial pada pin 0 dan 1). Sebuah perpustakaan Software Serial memungkinkan untuk komunikasi serial pada setiap pin digital arduino uno itu. ATmega328 juga mendukung I2C (TWI) dan SPI komunikasi Pemograman Arduino uno dapat diprogram dengan perangkat lunak Arduino. Pilih "Arduino Uno" dari Tools kemudian pilih menu board sesuai dengan mikrokontroler pada board sesuai tipe arduino yang dipakai. Arduino uno dilengkapi dengan bootloader yang memungkinkan Anda untuk meng-upload

7 13 kode baru tanpa menggunakan programmer hardware eksternal. Ini berkomunikasi menggunakan protokol STK500 asli Perangkat Lunak ( Software Reset ) Arduino uno dirancang dengan cara yang memungkinkan untuk diatur ulang oleh perangkat lunak yang berjalan pada komputer yang terhubung. Salah satu perangkat keras flow kontrol (DTR) dari ATMega328 terhubung ke line reset dari ATmega328 melalui kapasitor 100 nanofarad. Perangkat lunak Arduino memungkinkan kita untuk meng-upload kode dengan hanya menekan tombol upload pada menu promt pada programmer Arduino. Ini berarti bahwa bootloader dapat memiliki waktu lebih pendek, seperti penurunan DTR dapat terkoordinasi dengan baik dengan dimulainya upload. Pengaturan ini memiliki implikasi lain. Ketika arduino uno terhubung ke salah satu komputer yang menjalankan Mac OS X atau Linux, setiap kali me-reset sambungan dibuat untuk perangkat lunak ini (melalui USB). Untuk ini setengah detik atau lebih, bootloader berjalan pada arduino uno tersebut. Sementara itu diprogram untuk mengabaikan data, itu akan mencegah beberapa byte pertama dari data yang dikirim ke board arduino.

8 Bahasa C Bahasa C merupakan pengembangan dari bahasa BCPL yang dikembangkan oleh Martin Richards pada tahun Selanjutnya bahasa ini memberikan ide kepada Ken Thompson yang kemudian mengembangkan bahasa yang disebut bahasa B pada tahun Perkembangan selanjutnya dari bahasa B adalah bahasa C oleh Dennis Ricthie sekitar tahun 1970-an di Bell Telephone Laboratories Inc. (sekarang adalah AT&T Bell Laboratories). Bahasa C pertama kali digunakan dikomputer Digital Equipment Corporation PDP-11 yang menggunakan sistem operasi UNIX. Beberapa alasan mengapa bahasa C banyak digunakan, diantaranya adalah sebagai berikut : Bahasa C tersedia hampir di semua jenis komputer. Kode bahasa C sifatnya portabel. Bahasa C hanya menyediakan sedikit kata kata kunci. Proses executable program bahasa C lebih cepat. Dukungan pustaka yang banyak. C adalah bahasa yang terstruktur. Selain bahasa tingkat tinggi, C juga dianggap bahasa tingkat menengah. Bahasa C adalah Kompiler.

9 TSOP1738 TSOP seri 1738 ialah receiver standar untuk infrared remote control. TSOP1738 merupakan komponen elektronika yang sudah terkemas paket rangkaian penerima Infrared Diode, AGC, Band Pass Filter, Demodulator, Control Circuit. Output TSOP1738 sudah dalam bentuk level tegangan TTL. Jadi output TSOP1738 tidak memerlukan rangkaian pengkondisian sinyal / penguat, sehingga output TSOP1738 langsung dapat digunakan sebagai input mikrokontroller. Gambar 2.6 Diagram Blok TSOP1738 a. Penerima Infrared Diode / Input berfungsi untuk menerima cahaya infrared yang kemudian diubah menjadi sinyal listrik dalam bentuk tegangan. b. AGC ( Automatic Gain Control) berfungsi untuk menguatkan sinyal input dan mengatur penguatan agar besarnya konstan walaupun sinyal yang diterima pada kondisi lemah dan kuat.

10 16 c. Band Pass Filter berfungsi unuk meneruskan sinyal sinyal dengan frekuensi antara (median frekuensi) dan menahan frekuensi dibawah dan di atas median tersebut. d. Demodulator berfungsi untuk memisahkan sinyal pembawa dengan sinyal informasi dimana sinyal informasi yang akan diteruskan oleh demodultator. e. Transistor berfungsi sebagai mengubah level tegangan output demodulator menjadi level tegangan TTL. Transistor difungsikan sebagai switch dengan tegangan sumber (vs) = 5 volt sehingga output TSOP1738 merupakn level tegangan TTL. TSOP1738 mempunyai tiga pin yaitu Vs ( Supply Voltage), Output dan GND. TSOP1738 mempunyai tegangan supply sebesar 4,5 sampai 5,5 volt dengan supply arus sebesar 0,4 sampai 1,5 ma. a b Gambar 2.7 (a) : Fisik TSOP 1738, (b) : Simbol TSOP 1738

11 LCD ( Liquid Crystal Display ) LCD ( Liquid Crystal Display) atau tampilan kristal cair merupakan perangkat display yang paling umum dipasangkan ke mikrokontroler, memiliki ukuran yang kecil dan kemampuan menampilkan karakter atau grafik yang lebih baik dibandingkan display seven segment ataupun alphanumeric. Pada pengembangan sistem embedded, LCD mutlak diperlukan sebagai sumber pemberi informasi utama Konsep LCD Standar LCD adalah modul penampil yang banyak digunakan karena tampilannya menarik. LCD yang paling banyak digunakan saat ini adalah LCD M1632 merupakan modul LCD dengan tampilan 2 x 16 (2 baris x 16 kolom) dengan konsumsi daya rendah. Modul tersebut dilengkapi dengan mikrokontroller yang didesain khusus untuk mengendalikan LCD. Chip HD44780 buatan Hitachi yang berfungsi sebagai pengendali LCD memiliki CGROM ( Character Generator Read Only Memory), CGRAM (Character Generator Random Acces Memory), DDRAM (Display Data Random Acces Memory). Modul LCD M1632 adalah salah satu perangkat peraga yang banyak digunakan.

12 18 Penggunaan perangkat LCD sebagai peraga pada alat ini karena LCD banyak memiliki kelebihan : Pemakaian arusnya kecil Dapat menampilkan semua simbol ASCII maupun simbol yang dibuat sendiri Pengendaliannya sangat mudah karena sudah dilengkapi dengan unit pengendali di dalam Mudah dirangkaikan ke sistem mikrokomputer Berikut tabel pin untuk LCD M1632 : Tabel 2.1 Tabel Pin LCD M1632

13 19 Perbedaan dengan LCD standar adalah pada kaki 1 Vcc, dan kaki 2 ground, ini kebalikan dengan LCD standar. Anda dapat menghubungkan pin data ke Port A. Driver LCD seperti HD44780 memiliki dua register yang aksesnya diatur menggunakan pin RS. Pada saat Rs berlogika 0, register yang diakses ialah perintah, sedangkan pada saat Rs berlogika 1, register yang diakses ialah register data. Gambar 2.8 Modul Karakteristik LCD 2x16 Karakteristik yang ada pada LCD antara lain : a. Mempunyai 16 karakter dengan 2 baris tampilan yang terbentuk dari matrik titik (dot matrix); b. Duty ratio : 1/16; c. ROM pembangkit karakter untuk 192 jenis karakter dengan bentuk karakter huruf : 5 x 7 matrik titik; d. Mempunyai 8 tipe RAM pembangkit karakter;

14 20 e. RAM data tampilan dan RAM pembangkit karakter dapat dibaca dari unit mikrokontroller; f. Dilengkapi dengan beberapa perintah yaitu penghapusan tampilan, posisi awal kursor, tampilan karakter kedip (display clear), posisi awal kursor (cursor home), tampilan karakter kedip ( display character blink), dan penggeseran tampilan (display shift); g. Rangkaian pembangkit detak (clock) internal; h. Catu daya tunggal + 5V; i. Rangkaian otomatis reset saat daya dihidupkan; j. Pemrosesan dengan CMOS; k. Jangkauan suhu 0 C sampai 50 C.

15 Diagram Blok LCD Diagram blok modul tampilan LCD dapat dilihat pada Gambar 2.28 Gambar 2.9 Blok Diagram Modul Tampilan LCD

16 22 Proses penampilan karakter pada layar LCD dikendalikan oleh mikrokontroler/komputer. Sinyal-sinyal pengendali dan sinyal-sinyal data pada LCD diperoleh dari pin port mikroprosesor / mikrokontroler. Pin-pin masukan LCD yang dapat dihubungkan dengan pin port mikrokontroler / mikroprosesor adalah pin DB 0 DB 7, bit E, bit RS, dan bit R/ W. Fungsi sinyal-sinyal pin masukan LCD ditunjukkan pada tabel 2-8. Tabel 2.2 Terminal Fungsi Sinyal Jumlah I/O Tujuan Fungsi DB 0 -DB 3 4 I/O MPU 4 bus data dua arah tiga keadaan. Data dibaca atau ditulis dari modul ke MPU melalui bus. Jika hubungan data adalah 4 bit, sinyal tidak digunakan DB 4 -DB 7 4 I/O MPU 4 bus data dua arah tiga keadaan. Data dibaca atau ditulis ke modul dari MPU melalui bus. Jika antar-mukanya 8 bit, DB 7 digunakan sebagai busy flag. E 1 Input MPU Sinyal permulaan operasi : Sinyal mengaktivasi data baca atau tulis.

17 23 R/ W 1 Input MPU Seleksi sinyal Baca (R) dan Tulis( W ) 0 : Tulis 1 : Baca RS 1 Input MPU Seleksi sinyal Register 0 : Instruksi register (Tulis) Busy flag dan Penghitung alamat (Baca) 1 : Register data (Tulis dan Baca) V LC 1 - Catu daya Terminal catu daya untuk menjalankan LCD : Kontras layar dapat divariasi dengan mengganti V LC. V DD 1 - Catu daya + 5 V V SS 1 - Catu daya Terminal Ground : 0 V 2.6 Rangkaian Relay Dalam dunia elektronika, relay dikenal sebagai komponen yang dapat mengimplementasikan logika switching. Sebelum tahun 70an, relay merupakan otak dari rangkaian pengendali. Baru setelah itu muncul PLC yang mulai menggantikan posisi relay, walaupun dalam pemakaian kontak sederhana relay masih banyak

18 24 digunakan. Relay yang paling sederhana ialah relay elektromekanis yang memberikan pergerakan mekanis saat mendapatkan energi listrik. Secara sederhana relay elektromekanis ini dapat didefinisikan sebagai alat yang menggunakan gaya elektromagnetik untuk menutup atau membuka kontak sakelar, dan sakelar yang digerakkan (secara mekanis) oleh daya/energi listrik. Di bawah ini contoh relay yang banyak beredar di pasaran Gambar 2.10 Relay yang tersedia di pasaran berikut : Secara umum, relay digunakan untuk memenuhi fungsi fungsi Remote control : dapat menyalakan atau mematikan alat dari jarak jauh Penguatan daya : menguatkan arus atau tegangan Contoh : starting relay pada mesin mobil Pengatur logika kontrol suatu system

19 Prinsip Kerja Relay Relay terdiri dari coil dan kontak. Coil adalah gulungan kawat yang mendapat arus listrik, sedang kontak adalah sejenis sakelar yang pergerakannya tergantung dari ada tidaknya arus listrik di coil. Pada umumnya, relay hanya mempunyai satu kumparan, tapi relay dapat mempunyai beberapa kotak. Pada relay elektromekanis terdapat kontak diam dan kontak bergerak. Sebuah kontak mempunyai 2 fungsi, yaitu sebagai Normally Open (NO) dan Normally Close (NC) apabila diberikan tegangan pada kumparan, maka akan terjadi medan elektromagnetis karena adanya medan magnit pada kumparan, maka akan menyebabkan kontak bergeser atau bergerak dari NO ke NC. Posisi kontak NO membuka jika tidak terdapat arus mengalir pada kumparan, dan akan menutup ketika arus melewati kumparan sebagai efek dari medan magnit. Posisi kontak NC menutup jika tidak terdapat arus mengalir pada kumparan, dan akan membuka ketika arus melewati kumparan sebagai efek dari medan magnit. Secara sederhana prinsip kerja dari relay adalah ketika coil mendapat energi listrik, akan timbul gaya elektromagnet yang akan menarik armature yang berpegas, dan kontak akan menutup.

20 26 Gambar Skema Relay Elektromekanik Relay Sebagai Pengendali Salah satu kegunaan utama relay dalam dunia industri ialah untuk implementasi logika kontrol dalam suatu sistem. Sebagai bahasa pemrograman digunakan konfigurasi yang disebut ladder diagram atau relay ladder logic. Berikut ini beberapa petunjuk tentang Relay ladder logic (ladder diagram): Diagram wiring yang khusus digunakan sebagai bahasa pemrograman untuk rangkaian kontrol relay dan switching. LD Tidak menunjukkan rangkaian hardware, tapi alur berpikir. LD Bekerja berdasar aliran logika, bukan aliran tegangan/arus.

21 27 Relay Ladder Logic terbagi menjadi 3 komponen : 1. Input pemberi informasi 2. Logic pengambil keputusan 3. Output usaha yang dilakukan Sistem kendali dengan relay ini mempunyai input device (misalnya: berbagai macam sensor, switch) dan output device (misalnya : motor, pompa, lampu). Dalam rangkaian logikanya, masing-masing input, output, dan semua komponen yang dipakai mengikuti standard khusus yang unik dan telah ditetapkan secara Internasional. 2.7 Cara Kerja LED Jika tegangan arah maju dikenakan pada LED maka daerah deplesi akan mengecil dan potensial penghalang menjadi rendah akibat elektron dalam tipe n akan melewati sambungan p-n untuk bergabung dengan hole dalam tipe p. Elektron bebas dalam pita konduksi mempunyai tingkat energi lebih tinggi dari lubang. Jika terjadi penggabungan berarti elektron turun ke tingkat energi lebih rendah. Turunnya elektron ini membebaskan sejumlah energi dalam bentuk foton sehingga LED dapat mengemisikan cahaya.

22 28 Gambar 2.12 Simbol LED ENERGI SINAR ANODA P N KATODA Kombinasi pembawa (carier) Pada Sambungan (junction) Arus Limiter + - Gambar 2.13 Skema LED 2.8 Opto Coupler Gambar 2.14 Opto Coupler

23 29 Opto coupler merupakan komponen yang digunakan sebagai isolator antara rangkaian power dengan rangkaian control, contohnya sebagai pemisah antara mikrokontroller dengan peralatan yang mempunyai tegangan besar dan dapat mengganggu kinerja mikrokontroller. Seperti ditunjukkan pada gambar 2.14 Opto coupler jenis transistor (opto transistor) terdiri dari LED dan photo transistor yang meiliki prinsip kerja mirip dengan transistor normal hanya yang membedakan ialah cara pemberian sinyal, jika pada transistor menggunakan tegangan atau arus sedangkan pada opto transistor menggunakan cahaya, karena menggunakan cahaya maka masukan dengan keluaran akan terisolasi oleh cahaya tersebut. Gambar 2.15 merupakan contoh dari penggunaan opto coupler. Gambar 2.15 Contoh Penggunaan Opto Coupler