BAB II DASAR TEORI Bab ini menjelaskan tentang dasar teori dan penjelasan detail peralatan yang digunakan dalam skripsi ini. Peralatan dan teori yang dibahas adalah Arduino Mega 2560, keypad 4x4, sensor arus non invasi, termokopel tipe K, dan penguat non inverting. 2.1. Arduino Mega 2560 Arduino Mega 2560, seperti yang ditunjukkan Gambar 2.1., merupakan pengembangan pengendali mikro berbasis Arduino dengan menggunakan chip ATmega2560. Papan kendali mikro ini memiliki pin input/output(i/o) yang cukup banyak, sejumlah 54 buah pin I/O digital (15 pin di antaranya adalah Pulse Width Modulation (PWM)), 16 pin masukan analog, dan 4 pin Universal Asynchronous Receiver Transmitter (UART) dipergunakan untuk komunikasi secara serial. Arduino Mega 2560 dilengkapi dengan sebuah oscillator dengan detak sebesar 16 Mhz, sebuah port Universal Serial Bus (USB), soket power DC, ICSP header, dan tombol reset. Penggunaan pengendali mikro ini cukup sederhana, hanya dengan menghubungkan power dari soket USB ke komputer atau melalui adaptor AC/DC ke soket DC. Spesifikasi Arduino Mega 2560 Chip pengendali mikro : ATmega2560 Tegangan operasi : 5V Tegangan masukan (rekomendasi via soket DC) : 7V - 12V Tegangan masukan (batas via soket DC) : 6V - 20V Pin I/O digital : 54 buah (15 PWM) Pin masukan analog : 16 buah Arus DC per pin I/O : 20 ma Arus DC untuk pin 3.3V : 50 ma Memori flash : 256kB (8kB untuk bootloader) SRAM : 8 kb EEPROM : 4 kb 9
Kecepatan detak Dimensi Berat : 16 MHz : 101.5 mm x 53.4 mm : 37 g Gambar 2.1. Arduino Mega 2560 Program yang akan dimasukkan ke dalam papan pengendali mikro ini menggunakan Bahasa C yang sudah dimodifikasi dan disesuaikan dengan basis Arduino. Pemrograman dilakukan dengan perangkat lunak yang juga disediakan oleh vendor Arduino sendiri yang disebut Arduino Sketch. Papan pengendali mikro ini sudah dilengkapi dengan soket yang berfungsi sebagai pengkonversi sinyal analog menjadi digital (ADC). Ini memungkinkan sensor yang digunakan dalam perancangan skripsi ini dapat langsung dihubungkan ke papan Arduino setelah melalui pengkondisi sinyal. Masukan analog yang dapat diolah oleh papan pengendali mikro ini harus berada pada rentang tegangan 0 5V. 2.2. Keypad 4x4 Keypad digunakan sebagai pemberi masukan data. Keypad yang digunakan berukuran 4x4, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2. sebagai alat untuk memasukkan parameter yang dibutuhkan mesin sebelum proses berlangsung. Pada keypad, tombol yang ditekan akan terbaca oleh pengendali mikro, selanjutnya data dikonversi menjadi data biner. Data biner tersebut akan digunakan sebagai masukan data pada pengendali penampil 7 segmen untuk 10
ditampilkan. Masukan dari tombol juga akan disimpan dalam bentuk desimal sebagai parameter mesin yang tersimpan pada pengendali mikro. Keypad akan difungsikan untuk melakukan parameterisasi berupa batas bawah suhu, batas atas suhu, nilai arus maksimal, dan nilai pewaktu dalam menit. Tombol angka digunakan untuk memasukkan masing-masing parameter seperti yang disebutkan di atas sampai 3 digit angka. Tombol A digunakan untuk memilih parameter batas bawah suhu. Tombol B digunakan untuk memilih parameter batas atas suhu. Tombol C digunakan untuk memilih parameter nilai arus. Tombol D digunakan untuk memilih parameter nilai pewaktu. Tombol # digunakan untuk mengkonfirmasi pengaturan, sebagai tombol Center. Tombol * digunakan untuk mereset nilai parameter menjadi nol pada saat dilakukan paramaterisasi. Gambar 2.2. Keypad 4x4 2.3. Sensor Arus Non Invasi Prinsip kerja sensor arus non invasi adalah mengukur medan magnet yang berada di sekitar kabel yang teraliri arus. Besarnya medan magnet yang dihasilkan di sekitar kabel akan sebanding dengan besarnya arus yang mengalir dalam kabel tersebut. Keluaran dari sensor ini berupa tegangan listrik yang nilainya juga berbanding lurus terhadap hasil pembacaan sensor. Sensor arus non invasi merupakan sensor arus yang dalam pemasangannya tidak diperlukan untuk mengubah rangkaian yang sudah ada sebelumnya. Pemakaian sensor ini cukup praktis, dengan cara memposisikan badan sensor mengelilingi kabel yang akan diukur besar aliran arus di dalam kabel tersebut. 11
SCT013-000, seperti ditunjukkan Gambar 2.3., merupakan salah satu contoh jenis sensor arus non invasi. Rentang tegangan yang dihasilkan adalah 0 50mV untuk arus 0 100A. Setiap terjadi perubahan besar aliran arus, sensor ini akan menghasilkan tegangan + 50 µv/a. Kondisi ini membuat sensor arus membutuhkan pengkondisi sinyal sebelum akhirnya hasil pembacaan akan diolah oleh kendali utama. Gambar 2.3. Sensor Arus Non Invasi SCT013-000 2.4. Termokopel Tipe K Termokopel sering digunakan sebagai elemen untuk mengambil data suhu pada suatu rangkaian elektronik. Prinsip kerja dari termokopel memanfaatkan adanya beda potensial dari 2 logam berbeda yang mengalami kontak satu sama lain. Apabila terjadi perubahan suhu pada 2 logam tersebut, beda potensial yang dihasilkan juga akan berubah. Perubahan beda potensial inilah yang dipakai untuk menentukan nominal suhu yang sedang dialami gabungan logam tersebut. Termokopel tipe K, seperti ditunjukkan Gambar 2.4., merupakan jenis termokopel yang terbuat dari gabungan antara nikel kromium adan nikel aluminium. Termokopel tipe K dapat digunakan untuk mengukur suhu pada rentang 0 o C sampai dengan 1000 o C. Pada perancangan skripsi ini, rentang suhu tersebut memenuhi syarat yang dibutuhkan. Secara fisik, termokopel tipe K juga memenuhi syarat untuk digunakan mengukur suhu ruang pada mesin mikser adonan bahan pembuat makaroni. Termokopel tipe K akan menghasilkan beda potensial sebesar + 4,095 mv pada suhu 100 o C. Setiap terjadi perubahan suhu, termokopel tipe K akan menunjukkan perbedaan potensial sebesar + 40 µv/ o C. Perubahan beda 12
potensial yang sangat kecil per derajatnya, membutuhkan rangkaian pengkondisi sinyal agar keluaran dari termokopel tipe K ini dapat dimanfaatkan dengan baik oleh Analog to Digital Coverter(ADC). Gambar 2.4. Termokopel 2.5. Penguat Non Inverting Keluaran sensor yang dipakai dalam perancangan skripsi ini terlalu kecil untuk dapat dijadikan masukan pengendali mikro. Maka diperlukan rangkaian yang berfungsi menguatkan keluaran sensor tersebut. Komponen yang akan digunakan sebagai penguat adalah operational amplifier(op amp). Op amp dirangkai menjadi penguat non inverting(tak membalik), seperti ditunjukkan Gambar 2.5., karena keluaran yang diharapkan dalam kondisi seperti aslinya (tidak terbalik). 13
Rf Rin Vin - + V+ Vout V- Gambar 2.5. Penguat Non Inverting Penguatan yang dihasilkan rangkaian di atas dirumuskan dengan: = 1 + Persamaan 2.1. 14