SISTEM PENGATUR BUKA/TUTUP ATAP DAN PEMANAS RUANGAN MENGGUNAKAN SENSOR CAHAYA LDR DAN SENSOR SUHU LM 35 TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar ahli madya NERONZIE JULARDI 062408060 PROGRAM STUDI D-III FISIKA INSTRUMENTASI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2009
i PERSETUJUAN JuduI : SISTEM PENGATUR BUKA/TUTUP ATAP DAN PEMANAS RUANGAN MENGGUNAKAN SENSOR CAHAYA LDR DAN SENSOR SUHU LM 35 Kategori : TUGAS AKHIR Nama : NERONZIE JULARDI Nomor Induk Mahasiswa : 062408060 Program Studi : D3 FISIKA INSTRUMENTASI Departemen : FISIKA Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM (FMIPA)UNIVERSITAS SUMATERA UTARA (USU) Diluluskan di Medan, Juni 2009 Ketua Program Studi D3 Fisika Instrumentasi Pembimbing Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc Dr. M Situmorang NIP. 132050870 NIP. 130810771
ii PERNYATAAN SISTEM PENGATUR BUKA/TUTUP ATAP DAN PEMANAS RUANGAN MENGGUNAKAN SENSOR CAHAYA LDR DAN SENSOR SUHU LM 35 TUGAS AKHIR Saya mengakui bahwa laporan tugas akhir ini adalah hasil kerja saya sendiri,kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya. Medan, Juni 2009 NERONZIE JULARDI 062408060
iii PENGHARGAAN Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah Subhanahuwata ala,sang penguasa langit dan bumi dan apa yang ada diantara keduanya.yang senantiasa melimpahkan karunianya dan selalu memberikan kemudahan dan kelancaran sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan tugas akhir ini sesuai waktu yang telah ditetapkan.sholawat dan salam semoga senantiasa tercurahkan kepada Rasululullah Sallallhu alaihiwasalam sang pembawa petunjuk dan selalu menjadi inspirasi dan teladan bagi penulis. Pada kesempatan kali ini penulis ingin mengucapkan ucapan terima kasih kepada Dekan dan Pembantu Dekan FMIPA USU,ketua departemen Fisika Bapak DR.Marhaposan Sitomorang,Ketua Jurusan Departemen DIII Fisika Instrumentasi Bapak Drs.Syahrul Humaidi,M.Sc.Sekretaris Jurusan Departemen Fisika Ibu Dra.Yustinon,M.Si.Dan khusus kepada Bapak DR.Marhaposan Sitomorang selaku Dosen Pembimbing penulis dalam penulisan dan penyusunan tugas akhir ini yang telah banyak membantu dan memberikan kepercayaan kepada penulis untuk dapat menyelesaikan tugas akhir ini.serta kepada seluruh dan Dosen pengajar di Deprtemen Fisika FMIPA USU yang telah banyak membantu penulis selama menempuh pendidikan di bangku perkuliahan. Tak lupa penulis memberikan penghargaan dan penghormatan kepada kedua orang tua dan seluruh keluarga yang selalu memberikan dukungan dan doa kepada penulis sehingga penulis termovitasi untuk dapat menyelesaikan tugas akhir ini.juga kepada teman-teman atas segala bantuan dan segala bantuan dan kerja sama semoga Allah membalasnya dengan pahala terbaik,alex P Pasaribu teman seperjuangan dalam pelaksanaan proyek,kepada seluruh teman-teman di jurusan Fisika Instrumentasi yang selalu memotivasi penulis agar segera mungkin menyelesaikan penulisan dan penyusunan tugas akhir ini serta kepada seluruh teman-teman seperjuangan lainnya yang tidak mungkin penulis sebutkan disini.semoga Allah Subhanahuwata ala melimpahkan kesejahteraan dan keselamatan kepada kalian semua. Penulis menyadari bahwa dalam Laporan Tugas Akhir ini masih banyak terdapat kekurangan.oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun untuk perbaikan dan kesempurnaan Laporan Akhir ini dimasa yang akan datang.semoga Laporan Tugas ini dapat bermanfaat kepada para pembaca dan memberikan suatu inspirasi bagi pnerapan teknologi dalam kehidupan sehari-hari.
iv ABSTRAK Kajian ini merupakan pembahasan mengenai sistem pengaturan atap dan suhu ruangan pada rumah.untuk melakukan pengaturan suhu digunakan sensor LM 35 dan untuk atap digunakan sensor LDR.Hasil pengkuran data oleh LM35 selanjutnya akan diolah oleh ADC 0804 menjadi data digital yang selanjutnya akan diproses oleh mikrokontroler AT89S51. Sensor yang dipasang sebagai umpan balik (feedback) dalam system akan mengindra nilai suhu ruangan secara terus - menerus (real time). Hasil tersebut sebelum dikirimkan kepada mikrokontroler untuk diolah telah dikonversikan dahulu oleh ADC. Sensor ini mempunyai banyak sekali kegunaannya seperti untuk industri pengecatan, perumahan modern, incubator, bidang pertanian, dan lainnya. Dalam hal ini Instrumen Pengatur Buka/Tutup Atap dan Pemanas Ruangan dirangkai dengan Mikrookontroler AT89S51 sebuah Sensor suhu LM 35 dan sebuah sensor vahaya LDR, dilengkapi dengan display Seven Segment. Mikrokontroler AT89S51 sebagai otak dari system, yang berfungsi mengolah data yang masuk dari sensor, kemudian menampilkannya pada display Display Seven Segment..
v DAFTAR ISI Persetujuan Pernyataan Penghargaan Abstrak Daftar isi Daftar Tabel Daftar Gambar Halaman i ii iii iv v vii viii BAB 1 PENDAHULUAN 1 1.1 Latar Belakang 1 1.2 Rumusan Masalah 2 1.3 Maksud dantujuan Penulisan 2 1.4 Batasan Masalah 3 1.5 Sistematika Penulisan 3 BAB 2 LANDASAN TEORI 5 2.1 Sensor Suhu IC LM 35 5 2.2 LDR Sebagai Sensor 8 2.3 Analog To Digital (ADC) 0804 10 2.3.1 Karakter ADC 0804 11 2.3.2 Prinsip Kerja ADC 0804 12 2.3.3 Fungsi Pin-Pin ADC 0804 14 2.4 Seven Segment 15 2.5 Motor Langkah ( Stepper ) 17
vi 2.6 Komponen Komponen Pendukung 18 2.6.1. Resistor 18 2.6.2 Kapasitor 19 2.6.3 Transistor 21 2.7 Sistem Minimum Mikrokontroller AT89S51 25 2.7.1 Kontruksi AT89S51 26 2.7.2 Pin Pin pada Mikrokontroller AT89S51 29 BAB 3 PERANCANGAN ALAT 32 3.1 Diagram Blok Rangkaian 32 3.2 Perancangan Power Supply (PSA) 34 3.3 Perancangan Rangkaian Sensor Cahaya 35 3.4 Perancangan Rangkaian Keypad 36 3.5 Perancangan Rangkaian Sensor Temperatur dan ADC 37 3.6 Perancangan Rangkaian Mikrokontroller AT89S51 38 3.7 Perancangan Rangkaian Relay 40 3.8 Perancangan Rangkaian Driver Motor Stepper 42 3.9 Perancangan Rangkaian Display Seven Segment 44 3.10 Gambar Rangkaian Secara Lengkap 45 BAB 4 PENGUJIAN ALAT DAN PROGRAM 46 4.1 Pengujian Rangkaian Power Supplay (PSA) 46 4.2 Pengujian Rangkaian Keypad 46 4.3 Pengujian Rangkaian ADC 49 4.4 Pengujian Sensor Intensitas Cahaya 50 4.5 Pengujian Rangkaian Mikrokontroler AT89S51 51 4.6 Pengujian Rangkaian Relay 52 4.7 Pengujian Rangkaian Display Seven Segment 53 4.8 Pengujian Rangkaian Driver Motor Stepper 53 4.9 Pengujian Alat Secara Keseluruhan 57
vii BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 60 5.1 Kesimpulan 60 5.2 Saran 60 DAFTAR PUSTAKA 61 LAMPIRAN DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Konfigurasi Port 3 Mikrokontroller AT89S51 30 Tabel 4.1 Pengolahan Data Suhu Yang Terukur Oleh Rangkaian ADC Serta Tampilan Hasil Pengolahan Data Pada Display Seven Segment 50 Tabel 4.2 Konversi Angka ke Bilangan Hexadesimal 54
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 LM 35 Basic Temperatur Sensor 6 Gambar 2.2 Rangkaian Pengukur Suhu 6 Gambar 2.3 Bentuk Fisik LM 35 6 Gambar 2.4 Rangkaian LDR 9 Gambar 2.5 Diagram Bolk ADC 0804 12 Gambar 2.6 Konfigurasi Pin-Pin Pada ADC 0804 14 Gambar 2.7 Tampilan Seven Segment 15 Gambar 2.8 Konfigurasi Seven Segment Type Common Anoda 16 Gambar 2.9 Konfigurasi Seven Segment Type Common Katoda 17 Gambar 2.10 Diagram Motor Langkah ( Stepper ) 18 Gambar 2.11 Resistor Karbon 19 Gambar 2.12 Skema Kapasitor 20 Gambar 2.13 Electrolytic Capacitor (ELCO) 20 Gambar 2.14 Ceramic Capacitor 21 Gambar 2.15 Simbol Tipe Transistor 22 Gambar 2.16 Transistor sebagai Sklar ON 23 Gambar 2.17 Transistor sebagai Sklar OFF 24 Gambar 2.18 IC Mikrokontroller AT89S51 29 Gambar 3.1 Diagram Blok Rangkaian 32 Gambar 3.2 Rangkaian Power Supplay (PSA) 34 Gambar 3.3 Rangkaian Keypad 36 Gambar 3.4 Rangkaian Sensor Temperatur dan ADC 37 Gambar 3.5 Rangkaian Mikrokontroller AT89S51 39 Gambar 3.6 Rangkaian Relay Pengendali blower 220 VAC 40 Gambar 3.7 Rangkaian Driver Motor Stepper 42 Gambar 3.8 Rangkaian Display Seven Segment 44 Gambar 3.9 Gambar Rangkaian Secara Keseluruhan 45 Gambar 4.1 Penekanan Tombol Keypad 47 Gambar 4.2 Blok Diagram Pengujian Karakter LDR 51
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah Dalam kurun waktu singkat perkembangan teknologi melaju dengan sangat pesat. Perkembangan teknologi ini merupakan hasil kerja keras dari rasa ingin tahu manusia terhadap suatu hal yang pada akhirnya diharapkan akan mempermudah manusia untuk dapat menyelesaikan beberapa perkembangan dalam waktu bersamaan dan relatif cepat. Perkembangan teknologi di negara maju seperti Amerika, Inggris, Jepang, Jerman dan beberapa negara lain membuat kita terpacu untuk membuat / menghasilkan hal sejenis, setidaknya dapat sedikit mengikuti perkembangan. Dewasa ini manusia semakin menggemari perumahan-perumahan modern. Setiap orang pasti menginginkan fasilitas yang sangat memadai. Misalnya rumah rumah modern, apabila seseorang menjadikan rumah sebagai tempat berlindung maka ia akan mendesain rumahnya senyaman munkin dari gangguan segala cuaca. Kita ingin mendapatkan kepuasan tersendiri jika rumah yang kita tinggalin dengan fasilitas yang lengkap dan nyaman.dan dihalangi oleh cuaca yang sering berganti secara tiba-tiba. Misalnya dengan membuat atap yang secara otomatis dapat terbuka dan tertutup sendiri bila berada dalam kondisi tertentu, sehingga kita tidak direpotkan oleh pergantian cuaca.
1.2. Rumusan Masalah Berdasarkan uraian diatas, penulis tertarik untuk mengangkat permasalahan tersebut kedalam bentuk skripsi sebagai Tugas Akhir dengan judul Sistem Pengatur Buka/Tutup Atap dan Pemanas Ruangan Menggunakan Sensor Cahaya LDR dan Sensor Suhu LM 35. Pada alat ini akan digunakan sebuah mikrokontroler AT89S51, rangkaian driver motor stepper, dan beberapa buah sensor. Mikrokontroler AT89S51 sebagai otak dari system, yang berfungsi mengendalikan seluruh sistem. Motor stepper berfungsi untuk menggerakkan atap ruangan agar dapat dibuka/ditutup. Sensor yang digunakan adalah sensor cahaya(ldr) untuk mendeteksi siang hari dan malam hari. Sensor yang diguakan untuk mendeteksi suhu ruangan adalah sensor LM 35. 1.3 Maksud dan Tujuan Penulisan Adapun maksud dan tujuan dari penulisan tugas akhir adalah : 1. Untuk menerapkan ilmu yang dipelajari di bangku perkuliahan secara nyata dan aplikatif. 2. Untuk melakukan suatu pengaturan dan pengendalian temperatur pada ruangan sehingga dapat dikendalikan secara otomatis, efektif dan efisien. 3. Untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan studi pada program Diploma III di Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
I.4 Batasan Masalah Mengacu pada hal diatas, saya akan merancang System Pengaturan Atap dan Pemanas Ruangan Otomatis, dengan batasan-batasan sebagai berikut : 1. Mikrokontroler yang digunakan adalah jenis AT89S51. 2. Untuk menggerakkan atap ruangan digunakan motor stepper. 3. Sensor hanya melihat kondisi siang hari dan kondisi malam hari sebagai kondisi terbuka / tertutupnya atap. I.5 Sistematika Penulisan Untuk mempermudah pembahasan dan pemahaman maka penulis membuat sistematika pembahasan bagaimana sebenarnya prinsip kerja sistem pengaturan atap dan pemanas ruangan otomatis, maka penulis menulis laporan ini sebagai berikut: BAB I. PENDAHULUAN Dalam bab ini berisikan mengenai latar belakang, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, serta sistematika penulisan. BAB II. LANDASAN TEORI Landasan teori, dalam bab ini dijelaskan tentang teori pendukung yang digunakan untuk pembahasan dan cara kerja dari rangkaian. Teori pendukung itu antara lain tentang mikrokontroler AT89S51 (hardware dan software), bahasa program yang digunakan. serta karekteristik dari komponen-komponen pendukung.
BAB III. PERANCANGAN ALAT Pada bagian ini akan dibahas perancangan dari alat, yaitu diagram blok dari rangkaian, skematik dari masing-masing rangkaian. BAB IV. PENGUJIAN ALAT Pada bab ini akan dibahas hasil analisa dari rangkaian dan sistem kerja alat, penjelasan mengenai program-program yang digunakan untuk mengaktifkan rangkaian, dan diagram alir dari program yang akan diisikan ke mikrokontroler AT89S51. BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini merupakan penutup yang meliputi tentang kesimpulan yang dilakukan dari praktek proyek ini serta saran apakah yang diberikan agar rangkaian ini dapat dibuat lebih efisien dan dikembangkan perakitannya pada suatu metode lain yang mempunyai sistem kerja yang sama.
BAB 2 LANDASAN TEORI 2.1 Sensor Suhu IC LM35 Untuk mendeteksi suhu digunakan sebuah sensor suhu LM 35 yang dapat dikalibrasikan langsung. LM 35 ini difungsikan sebagai basic temperature sensor seperti pada gambar 2.1 Gambar 2.1 LM 35 Basic Temperature Sensor IC LM 35 sebagai sensor suhu yang teliti dan terkemas dalam bentuk Integrated Circuit (IC), dimana output tegangan keluaran sangat linear berpadanan dengan perubahan suhu. Sensor ini berfungsi sebagai pengubah dari besaran fisis suhu ke besaran tegangan yang memiliki koefisien sebesar 10 mv / C yang berarti bahwa kenaikan suhu 1 C maka akan terjadi kenaikan tegangan sebesar 10 mv.
IC LM 35 ini tidak memerlukan pengkalibrasian atau penyetelan dari luar karena ketelitiannya sampai lebih kurang seperempat derajat celcius pada temperatur ruang. Jangka sensor mulai dari 55 C sampai dengan 150 C, IC LM35 penggunaannya sangat mudah, difungsikan sebagai kontrol dari indikator tampilan catu daya terbelah. IC LM 35 dapat dialiri arus 60 m A dari supplay sehingga panas yang ditimbulkan sendiri sangat rendah kurang dari 0 C di dalam suhu ruangan. Gambar 2.2 Rangkaian Pengukur Suhu LM 35 ialah sensor temperatur paling banyak digunakan untuk praktek, karena selain harganya cukup murah, linearitasnya juga lumayan bagus. LM35 tidak membutuhkan kalibrasi eksternal yang menyediakan akurasi ± ¼ C pada temperatur ruangan dan ± ¾ C pada kisaran -55 C to +150 C. LM35 dimaksudkan untuk beroperasi pada -55 C hingga +150 C, sedangkan LM35C pada -40 C hingga +110 C, dan LM35D pada kisran 0-100 C. LM35D juga tersedia pada paket 8 kaki dan paket TO- 220. Sensor LM35 umunya akan naik sebesar 10mV setiap kenaikan 1 C (300mV pada 30 C).
Gambar 2.3 Bentuk Fisik LM 35 Sensor suhu LM35 berfungsi untuk mengubah besaran fisis yang berupa suhu menjadi besaran elektrik tegangan. Sensor ini memiliki parameter bahwa setiap kenaikan 1 C tegangan keluarannya naik sebesar 10mV dengan batas maksimal keluaran sensor adalah 1,5V pada suhu 150 C. Pada perancangan kita tentukan keluaran ADC mencapai full scale pada saat suhu 100 C, sehingga tegangan keluaran tranduser (10mV/ C x 100 C) = 1V. Pengukuran secara langsung saat suhu ruang, keluaran LM35 adalah 0,3V (300mV). Tegangan ini diolah dengan mengunakan rangkaian pengkondisi sinyal agar sesuai dangan tahapan masukan ADC. LM35 memiliki kelebihan kelebihan sebagai berikut: 1. Dikalibrasi langsung dalam celsius 2. Memiliki faktor skala linear + 10.0 mv/ C 3. Memiliki ketetapan 0,5 C pada suhu 25 C 4. Jangkauan maksimal suhu antara -55 C sampai 150 C 5. Cocok untuk aplikasi jarak jauh 6. Harganya cukup murah 7. Bekerja pada tegangan catu daya 4 sampai 30Volt 8. Memiliki arus drain kurang dari 60 uamp 9. Pemanasan sendiri yang lambat ( low self-heating) 10. 0,08 C diudara diam 11. Ketidaklinearanya hanya sekitar ±¼ C
12. Memiliki Impedansi keluaran yang kecil yaitu 0,1 watt untuk beban 1 mamp. Sensor suhu tipe LM35 merupakan IC sensor temperatur yang akurat yang tegangan keluarannya linear dalam satuan celcius. Jadi LM35 memiliki kelebihan dibandingkan sensor temperatur linear dalam satuan kelvin, karena tidak memerlukan pembagian dengan konstanta tegangan yang besar dan keluarannya untuk mendapatkan nilai dalam satuan celcius yang tepat. LM35 memiliki impedansi keluaran yang rendah, keluaran yang linear, dan sifat ketepatan dalam pengujian membuat proses interface untuk membaca atau mengontrol sirkuit lebuh mudah. Pin V+ dari LM35 dihubungkan kecatu daya, pin GND dihubungkan ke Ground dan pin Vout- yang menghasilkan tegangan analog hasil pengindera suhu dihubungkan ke vin (+) dan ADC 0804. 2.2 LDR Sebagai Sensor Fotosel atau sel foto termasuk sel fotokonduktor, LDR, dan fotoresistor. Ini adalah resistor-resistor variable dengan jangka nilai resistansi yang sangat lebar,yang tergantung pada intensitas cahaya yang ada. Resistansi didalam fotosel berubah secara terbalik dengan kekuatan cahaya yang mengenainya. Dengan kata lain,resistansi fotosel sangat tinggi dalam kegelapan dan rendah diruang yang terang. Bahan fotokonduktor atau LDR yang biasa digunakan dalam cadmium sulfide(cds) atau cadmium selenida(cdse). Jenis bahan,ketebalan,dan lebar endapannya menentukan nilai resistansi dan jangkauan daya piranti ini. Jenis LDR yang digunakan adalah LDR cadmium Sulphide Photoconductive
Cell VCA 54 yang memiliki karakterristik nilai hambatannya akan turun jika terdapat cahaya yang mengenai permukaannya.dari pengujian resistansi LDR nilai resistansi bisa mencapai 50 ohm dan batas resistansi tertinggi tak terhingga jika dalam data sheet resistansi LDR bisa mencapai mencapai lebih dari 1 Mohm.LDR yang memiliki hambatan yang tinggi saat cahaya kurang mengenai (gelap),dalam kondisi seperti ini LDR dapat mencapai 1 M,akan tetapi saat LDR terkena cahaya hambatan LDR akan turun secara drastis hingga mencapai 1,5 ojm?.berikut ini adalah gambar dari rangkaian sensor cahaya LDR. Gambar 2.4 Rangkaian LDR Pada perancangan sensor cahaya akan diukur LDR sebagai perhitungan, dengan diketahui harga Vcc = 5 Volt dan VR = 10 K? maka besar tegangan keluaran dari rangkaian ini sebesar VOutput = x VCC Pada LDR terkena cahaya maksimum dengan nilai resistansi sebesar 1,52 Ohm VOutput = x 5 = 0,000152 = 2,49 m Volt Pada LDR terkena cahaya minimum dengan nilai resistansi sebesar 1 M?
VOutput = x 5 = 4.98 Volt 2.3 Analog To Digital Converter (ADC) 0804 Didalam dunia elektronik,kita umumnya bermain dengan 2 bentuk sinyal analog dan sinyal digital.umumnya secara alami,kuantitas fisik di dunia ini dalam bentuk analog.lalu mengapa dibutuhkan representasi digital yang sebenarnya secara alami adalah analog?.jawabannya adalah jika kita ingin alat elektronik menginterpresentasikan,berkomunikasi,dan menyimpan informasi data dalam bentuk analog,akan lebih mudah jika dikonversikan terlebih dahulu dalam bentuk digital. Hampir semua sistem elektronik mutakhir saat ini menggunakan pengolahan sinyal dan pentransmisian sinyal dalam bentuk digital. Alasan mengapa digunakan sinyal dalam bentuk digital proses pengolahan maupun pentransmisian dikarenakan sinyal digital memiliki kelebihan-kelebihan sebagai berikut: 1. Sinyal digital memiliki ketahanan yang lebih tinggi terhadap noise dan dapat dipublikasikan secara sempurna tanpa degradasi. 2. Dengan sinyal digital,pemprosesan berbasis computer dapat lebih mudah dan dapat melakukan pemprosesan yang kompleks dengan hardware/software.sinyal-sinyal dalam bentuk digital yang berbentuk segi empat merupakan reprensentasi bilangan biner. Oleh karena itu pemprosesan sinyal secara digital dapat di ibratkan dengan operasi matematika bilangan biner.
3. Penyimpanan data dalam bentuk digital lebih baik karena data disimpan dalam bentuk bilangan biner. Selain itu kerusakan penyimpanan data secara digital dapat diperbaharui. Untuk dapat mengubah data dalam bentuk analog kedalam bentuk digital,maka dibutuhkan suatu peralatan tambahan yang disebut Analog to Digital Conveter (ADC) yang terkemas dalam bentuk chip IC. ADC berfungsi untuk mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital.umumnya digunakan ADC 0804 8 bit untuk mengubah rentang sinyal analog0-5v menjadi level digital 0-255. 2.3.1 Karakter ADC 0804 Analog to Digital Converter (ADC) adalah sebuah piranti yang dirancang untuk mengubah sinyal-sinyal anlog menjadi sinyal-sinyal digital. IC ADC 0804 dianggap dapat memenuhi kebutuhan dari rangkaian yang akan dibuat. IC jenis ini bekerja secara cermat dengan menambahkan sedikit komponen sesuai dengan spesifikasi yang harus diberikan dan dapat mengkonversikan secara tepat suatu masukan tegangan. Hal-hal yang juga diperhatikan dalam penggunaan ADC ini adalah tegangan maksimum yang dapat dikonversikan oleh ADC dari rangkaian pengkondisi sinyal,resolusi,pewaktu eksternal ADC,tipe keluaran,ketepatan dan Waktu konversinya. ADC banyak tersedia di pasaran.beberapa karakteristik dari ADC 0804 adalah sebagai berikut : a. Memiliki 2 masukan analog yaitu Vin(+)dan Vin(-) sehingga memperbolehkan masukan selisih (diferensial).dengan kata lain,tegangan
masukan analog yang sebenarnya adalah selisih dari masukan kedua pin {analog Vin = Vin(+)- Vin(-)}.Jika hanya satu masukan,maka Vin(-) dihubungkan ke ground.pada opersi normal,adc menggunakan Vcc=+5V sebagai tegangan refrensi,dan masukan analog memiliki jangkauan dari 0 sampai 5V pada skala penuh. b. Mengubah tegangan analog menjadi keluaran digital 8 bit.sehingga resolusinya adalah 5V/255 =19,6mV. c. Memiliki pembangkit detak (clock) internal yang menghasilkan frekuensi F=1/(1,1RC),dengan R dan C adalah komponen eksternal. d. Memiliki koneksi ground yang berbeda antara tegangan digital dan analog.kaki 8 adalah ground analog.kaki 10 adalah ground digital. 2.3.2 Prinsip kerja ADC 0804 Ada banyak cara yang dapat digunakan untuk mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital yang nilainya proposional. Jenis ADC yang biasanya digunakan dalam perancangan adalah jenis successive approximation convertion atau pendekatan bertingkat yang memiliki waktu konversi jauh lebih singkat dan tidak tergantung pada nilai analog masukan analognya atau sinyal yang akan dirubah.dalam gambar 2.5 memperlihatkan diagram blok tersebut.
Gambar 2.5 Diagram Blok ADC Prinsip kerja dari converter A/D adalah semua bit-bit diset kemudian diuji,yaitu melalui pendekatan berturut-turut untuk mencari nilai yang paling tepat. Deretan data biner dihitung naik oleh register kemudian menghitung dengan mencoba seluruh nilai bit mulai dari MSB dan diakhiri dengan LSB. Selama proses perhitungan,register akan memonitor output komparator untuk melihat jika perhitungan biner kurang atau lebih besar dari input analog. Dengan rangkaian yang paling cepat,konversi akan diselesaikan sesudah 8 clock,dan keluaran D/A merupakan nilai analog yang ekivalen dengan register SAR. Apabila konversi telah dilaksanakan,rangkaian kembali mengirim sinyal selesai konversi yang berlogika rendah. Sisi turun sinyal ini akan menghasilkan data digital yang ekivalen ke dalam register buffer.dengan demikian,keluaran digital akan tetap tersimpan sekalipun akan di mulai siklus konversi yang baru. IC ADC 0804 mempunyai dua masukan analog,vin(+)dan Vin(-),sehingga dapat menerima masukan diferensi. Masukan analog sebenarnya(vin) sama dengan selisih anatara tegangan tegangan yang dihubungkan dengan ke dua pin masukannya yaitu Vin=Vin(+)-Vin(-). Kalau masukan analog berupa tegangan tunggal,tegangan ini harus dihubungkan dengan Vin(+),sedangkan Vin(-) digroundkan. Untuk operasi
normal,adc 0804 menggunakan Vcc=+5Volt sebagai tegangan referensi. Dalam hal ini jangkauan masukan analog mulai dari 0 sampai 5 Volt(skala penuh),karena IC ini adalah SAC 8-bit,resolusinya akan sama dengan : n = menyatakan jumlah bit keluaran biner IC analog to digital converter. 2.3.3 Fungsi Pin-Pin pada ADC 0804 Gambar 2.6 Konvigurasi pin-pin pada ADC 0804 Terdapat 20 buah pin pada ADC 0804,adapun fungsi dari ke 20 buah pin tersebut adalah: 1. Pin 1-3(CS,RD,WR) Merupakan masukan control digital dengan level tegangan logika TTL.Pin CS dan RD jika tidak aktif maka keluaran digital akan berada pada keadaan
impedansi tinggi.pin WR bila dibuat aktif bersamaan dengan CS akan memulai dengan konversi. 2. Pin 4 dan pin 19(clock IN dan clock R) Merupakan pin masukan dari schmitrigger.pin ini digunakan sebagai clock internal dengan menambah rangkaian RC. 3. Pin 5(INTR) Merupakan pin keluaran yang digunakan dalam system mikroprosesor.pin ini menunjukkan bahwa konversi telah selesai.pin ini akan mengeluarkan logika tinggi bila konversi dimulai dan akan mengeluarkan logika rendah bila konversi selesai. 4. Pin 6(Vin+) dan Vin 7(Vin -) Merupakan pin masukan untuk tegangan analog.vin + dan Vin adalah sinyal masukan diferensi.vin dihubungkan dengan masukan negative jika Vin + dihubungkan dengan ground dan Vin + akan dihubungkan ke masukan positif jika Vin dihubungkan dengan ground. 5. Pin 8 (AGND) dan pin 10 (DGND) Pin ini dihubungkan dengan ground. 6. Pin 9(Vref/2) Merupakan pin masukan tegangan referensi,yang digunakan sebagai referensi untuk teganganv masukan daripin 6 dan 7. 7. Pin 11-18(Bus data 8 bit
Merupakan jalur keluaran data 8 bit.pin merupakan data MSB dan pena 18 merupakan data LSB. 8. Pin 20 (V+) Pin ini dihubungkan ke VCC 5 Volt. 2.4 Seven Segment Seven segment merupakan cacah segment minimum yang dipergunakan untuk menampilkan angka 0 sampai 9 seperti yang diilustrasikan pada gambar dibawah ini. Gambar 2.7 Tampilan Seven Segment Sejumlah karakter alphabet juga bisa disajikan menggunakan tampilan seven segment ini. Seven segment terdiri dari 2 konfigurasi, yaitu common anoda dan common katoda. Pada seven segment tipe common anoda, anoda dari setiap LED dihubungkan menjadi satu kemudian dihubungkan ke sumber tegangan positip dan katoda dari masing-masing LED berfungsi sebagai input dari seven segment, seperti ditunjukkan pada gambar berikut ini :
Gambar 2.8 Konfigurasi Seven Segmen Tipe Common Anoda Sesuai dengan gambar di atas, maka untuk menyalakan salah satu segment, maka katodanya harus diberi tegangan 0 volt atau logika low. Misalnya jika segmen a akan dinyalakan, maka katoda pada segment a harus diberi tegangan 0 volt atau logika low, dengan demikian maka segment a akan menyala. Demikian juga untuk segmen lainnya. Pada seven segment tipe common katoda, katoda dari setiap LED dihubungkan menjadi satu kemudian dihubungkan ke ground dan anoda dari masing-masing LED berfungsi sebagai input dari seven segment, seperti ditunjukkan pada gambar berikut ini : Gambar 2.9 Konfigurasi Seven Segment Tipe Common Katoda Sesuai dengan gambar 2.9 di atas, maka untuk menyalakan salah satu segment, maka anodanya harus diberi tegangan minimal 3 volt atau logika high. Misalnya jika segment a akan dinyalakan, maka anoda pada segment a harus diberi tegangan
minimal 3 volt atau logika high, dengan demikian maka segmen a akan menyala. Demikian juga untuk segment lainnya. Tampilan seven segment mempunyai dua tipe : Light Emitting Diode (LED) dan Liquid Crystal Display (LCD). Dimana disini kita akan membahas tentang karakteristik dari LED. 2.5 Motor Langkah (Stepper) Motor langkah (stepper) banyak digunakan dalam berbagai aplikasi, dipergunakan apabila dikehendaki jumlah putaran yang tepat atau di perlukan sebagian dari putaran motor. Suatu contoh dapat di jumpai pada disk drive, untuk proses pembacaan dan/atau penulisan data ke/dari cakram(disk), head baca-tulis ditempatkan pada tempat yang tepat di atas jalur atau track pada cakram, untuk head tersebut di hubungkan dengan sebuah motor langkah. Aplikasi penggunaan motor langkah dapat juga di jumpai dalam bidang industri atau untuk jenis motor langkah kecil dapat di gunakan dalam perancangan suatu alat mekatronik atau robot. Motor langkah berukuran besar digunakan, misalnya, dalam proses pengeboran logam yang menghendaki ketepatan posisi pengeboran, dalam hal ini di lakukan oleh sebuah robot yang memerlukan ketepatan posisi dalam gerakan lengannya dan lain-lain. Pada gambar 2.10 di bawah ini ditunjukkan dasar susunan sebuah motor langkah (stepper). A B D U C A B
Gambar 2.10 Diagram Motor Langkah ( stepper ) 2.6 Komponen-Komponen Pendukung 2.6.1 Resistor Resistor komponen pasif elektronika yang berfungsi untuk membatasi arus listrik yang mengalir. Berdasarkan kelasnya resistor dibagi menjadi 2 yaitu : Fixed Resistor dan Variable Resistor Dan umumnya terbuat dari carbon film atau metal film, tetapi tidak menutup kemungkinan untuk dibuat dari material yang lain. Pada dasarnya semua bahan memiliki sifat resistif namun beberapa bahan tembaga perak emas dan bahan metal umumnya memiliki resistansi yang sangat kecil. Bahan bahan tersebut menghantar arus listrik dengan baik, sehingga dinamakan konduktor. Kebalikan dari bahan yang konduktif, bahan material seperti karet, gelas, karbon memiliki resistansi yang lebih besar menahan aliran elektron dan disebut sebagai insulator.
Gambar 2.11 Resistor Karbon 2.6.2 Kapasitor Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan listrik. 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 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 elektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini tersimpan selama tidak ada konduktif pada ujung-ujung kakinya. Di alam bebas phenomena kapasitor terjadi pada saat terkumpulnya muatan-muatan positif dan negatif diawan. dielektrik Elektroda Elektroda Gambar 2.12 Skema Kapasitor. Kapasitor merupakan komponen pasif elektronika yang sering dipakai didalam merancang suatu sistem yang berfungsi untuk mengeblok arus DC, Filter, dan penyimpan energi listrik. Didalamnya 2 buah pelat elektroda yang saling berhadapan
dan dipisahkan oleh sebuah insulator. Sedangkan bahan yang digunakan sebagai insulator dinamakan dielektrik. Ketika kapasitor diberikan tegangan DC maka energi listrik disimpan pada tiap elektrodanya. Selama kapasitor melakukan pengisian, arus mengalir. Aliran arus tersebut akan berhenti bila kapasitor telah penuh. Yang membedakan tiap-tiap kapasitor adalah dielektriknya. Berikut ini adalah jenis jenis kapasitor yang dipergunakan dalam perancangan ini. Gambar 2.13 Electrolytic Capacitor (ELCO) Gambar 2.14 Ceramic Capacitor 2.6.3 Transistor
Transistor adalah komponen elektronika yang mempunyai tiga buah terminal. Terminal itu disebut emitor, basis, dan kolektor. Transistor seakan-akan dibentuk dari penggabungan dua buah dioda. Dioda satu dengan yang lain saling digabungkan dengan cara menyambungkan salah satu sisi dioda yang senama. Dengan cara penggabungan seperti dapat diperoleh dua buah dioda sehingga menghasilkan transistor NPN. Bahan mentah yang digunakan untuk menghasilkan bahan N dan bahan P adalah silikon dan germanium. Oleh karena itu, dikatakan : 1. Transistor germanium PNP. 2. Transistor silikon NPN. 3. Transistor silikon PNP. 4. Transistor germanium NPN. Semua komponen di dalam rangkaian transistor dengan simbol. Anak panah yang terdapat di dalam simbol menunjukkan arah yang melalui transistor. Keterangan : C = kolektor Gambar 2.15 Simbol Tipe Transistor