4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2. 1 Mikrokontroler ATMega 8535 AVR merupakan seri mikrokontroller CMOS 8-bit buatan Atmel, berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer). Hampir semua instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR mempunyai 32 register general-purpose, timer/counter fleksibel dengan mode compare, interupt internal dan eksternal, serial UART, programmable Watchdog Timer, serta mode power saving. Beberapa diantaranya mempunyai ADC dan PWM internal. AVR juga mempunyai In-System Programmable Flash on-chip yang mengijinkan memori program untuk diprogram ulang dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI. Chip AVR yang digunakan untuk tugas akhir ini adalah ATmega8535. ATmega8535 adalah mikrokontroller CMOS 8-bit daya-rendah berbasis arsitektur RISC yang ditingkatkan. Kebanyakan instruksi dikerjakan pada satu siklus clock, ATmega8535 mempunyai throughput mendekati 1 MIPS per MHz membuat disainer sistem untuk mengoptimasi komsumsi daya versus kecepatan proses. 2.1.1. Pin - Pin Mikrokontroller AVR ATmega8535 Konfigurasi Pin Mikrokontroller AVR ATmega8535 dengan kemasan 40- pin DIP (dual in-line package) dapat dilihat pada Gambar 2.1. Untuk memaksimalkan performa dan paralelisme, AVR menggunakan arsitektur Harvard (dengan memori dan bus terpisah untuk program dan data). Instruksi pada memori program dieksekusi dengan pipelining single level. Selagi sebuah instruksi sedang dikerjakan, instruksi berikutnya diambil dari memori program.
5 Gambar 2.1 Konfigurasi Pin Mikrokontroller ATmega8535 1) Port A (PA7..PA0) Port A berfungsi sebagai input analog pada A/D Konverter. Port A juga berfungsi sebagai suatu Port I/O 8-bit dua arah, jika A/DKonverter tidak digunakan. Pin - pin Port dapat menyediakanresistor internal pull-up (yang dipilih untuk masing-masing bit).port A output buffer mempunyai karakteristik gerakan simetrisdengan keduanya sink tinggi dan kemampuan sumber. Ketika pinpa0 ke PA7 digunakan sebagai input dan secara eksternal ditarikrendah, pin pin akan memungkinkan arus sumber jika resistor internal pull-up diaktifkan. Pin Port A adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif, sekalipun waktu habis. 2) Port B (PB7..PB0) Port B adalah suatu Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor internalpull-up (yang dipilih untuk beberapa bit). Port B output buffer mempunyai karakteristik gerakan simetris dengan keduanya sinktinggi dan kemampuan sumber. Sebagai
6 input, pin port B yang secara eksternal ditarik rendah akan arus sumber jika resistor pullupdiaktifkan. Pin Port B adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif, sekalipun waktu habis. 3) Port C (PC7..PC0) Port C adalah suatu Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor internalpull-up (yang dipilih untuk beberapa bit). Port C output buffer mempunyai karakteristik gerakan simetris dengan keduanya sinktinggi dan kemampuan sumber. Sebagai input, pin port C yangsecara eksternal ditarik rendah akan arus sumber jika resistor pullup diaktifkan. Pin Port C adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif, sekalipun waktu habis. 4) Port D (PD7..PD0) Port D adalah suatu Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor internalpull-up (yang dipilih untuk beberapa bit). Port D output buffer mempunyai karakteristik gerakan simetris dengan keduanya sinktinggi dan kemampuan sumber. Sebagai input, pin port D yangsecara eksternal ditarik rendah akan arus sumber jika resistor pullup diaktifkan. Pin Port D adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif, sekalipun waktu habis. 5) RESET (Reset input) 6) XTAL1 (Input Oscillator) 7)XTAL2 (Output Oscillator) AVCC adalah pin penyedia tegangan untuk port A dan A/D Konverter 8)AREF adalah pin referensi analog untuk A/D konverter. 2.1.2. Port Sebagai Input / Output Digital ATmega8535 mempunyai empat buah port yang bernama PortA, PortB, PortC, dan PortD. Keempat port tersebut merupakan jalur bi-directional dengan pilihan internal pull-up.
7 Tiap port mempunyai tiga buah register bit, yaitu DDxn, PORTxn, dan PINxn. Huruf x mewakili nama huruf dari port sedangkan huruf n mewakili nomor bit. Bit DDxn terdapat pada I/O address DDRx, bit PORTxn terdapat pada I/O address PORTx, dan bit PINxn terdapat pada I/O address PINx. Bit DDxn dalam regiter DDRx (Data Direction Register) menentukan arah pin. Bila DDxn diset 1 maka Px berfungsi sebagai pin output. Bila DDxn diset 0 maka Px berfungsi sebagai pin input. Bila PORTxn diset 1 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin input, maka resistor pull-up akan diaktifkan. Untuk mematikan resistor pull-up, PORTxn harus diset 0 atau pin dikonfigurasi sebagai pin output. Pin port adalah tri-state setelah kondisi reset. Bila PORTxn diset 1 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin output maka pin port akan berlogika 1. Dan bila PORTxn diset 0 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin output maka pin port akan berlogika 0. Saat mengubah kondisi port dari kondisi tri-state (DDxn=0, PORTxn=0) ke kondisi output high (DDxn=1, PORTxn=1) maka harus ada kondisi peralihan apakah itu kondisi pull-up enabled (DDxn=0, PORTxn=1) atau kondisi output low (DDxn=1, PORTxn=0). Biasanya, kondisi pull-up enabled dapat diterima sepenuhnya, selama lingkungan impedansi tinggi tidak memperhatikan perbedaan antara sebuah strong high driver dengan sebuah pull-up. Jika ini bukan suatu masalah, maka bit PUD pada register SFIOR dapat diset 1 untuk mematikan semua pull-up dalam semua port. Peralihan dari kondisi input dengan pull-up ke kondisi output low juga menimbulkan masalah yang sama. Maka harus menggunakan kondisi tri-state (DDxn=0, PORTxn=0) atau kondisi output high (DDxn=1, PORTxn=0) sebagai kondisi transisi. Lebih detil mengenai port ini dapat dilihat pada manual datasheet dari IC ATmega8535.
8 2.2 Radio Frequency Identification Device (RFID) Radio Frekuensi Identification Device (RFID) adalah suatu perangkat teknologi komunikasi yang bekerja secara wireless. RFID memungkinkan pengguna untuk mengidentifikasi objek tag dengan menggunakan frekuensi radio. Cara kerja dari RFID adalah mendeteksi dan mengidentifikasikannya tag dengan menggunakan reader, kemudian mentransmisikan data hasil baca ke komputer host atau perangkat perangkat yang lainnya untuk diproses lebih lanjut. Secara umum, terdapat beberapa bagian penting dalam RFID yang digunakan dalam suatu sistem yaitu reader, tag, dan host (controller). 2.2.1 Readers RFID Sebuah Reader RFID adalah benar-benar radio, seperti yang ada di dalam mobil yang membedakan adalah Reader RFID mengambil menggunakan signal analog bukan hip-hop. Reader-nya menghasilkan listrik yang mengalir melalui kabel, listrik tersebut mengenai sebagian logam pada antena dan mengeluarkan sinyal dengan nilai frekuensi dan panjang gelombang tertentu.
9 Gambar 2.2 RFID Card Gambar 2.3 Cara Kerja RFID Reader tidak hanya menghasilkan sinyal yang dikirim melalui antena ke angkasa, tetapi juga mendengarkan respon dari tag sehingga reader merupakan penjembatan antara tag RFID dan modul controller. Reader RFID pada dasarnya adalah piranti komputer mini yang terdiri dari tiga bagian: antena, modul RF yang bertugas untuk berkomunikasi dengan tag RFID dan modul controller yang bertugas untuk berkomunikasi dengan controller. Selain sebagai interrogator,
10 reader juga berfungsi sebagai pemberi daya (untuk tag pasif) dan menuliskan data ke dalam tag (untuk smart tag). Reader RFID mengirimkan dan menerima gelombang analog dan mengubah mereka menjadi untaian nol dan satu, bit dari informasi digital. 2.2.2 Tag Tag dapat bekerja dengan mengambil tenaga dari energi gelombang radio yang dipancarkan oleh reader. Fungsi dari tag adalah memberikan tanggapan kepada reader dengan mengirimkan sinyal kembali sesaat setelah reader mengirimkan sinyal radio ke udara. Tag RFID dibuat dari dua bagian dasar: chip, atau integrated circuit (IC), dan antenna. chip adalah sebuah komputer kecil yang menyimpan nomor seri unik dari chip. Chip juga memiliki logika untuk memberitahu dirinya apa yang harus dilakukan saat berada didepan reader. Antena memungkinkan chip untuk menerima tenaga dan berkomunikasi, memungkinkan tag RFID untuk bertukar data dengan reader. Tipe komunikasi yang mengijinkan perpindahan ini terjadi yang disebut backscatter. Reader mengirimkan gelombang elektromagnetik pada satu frekuensi yang spesifik. Gelombang itu mengenai Tag RFID, dan tag kemudian Scatters back gelombangnya dengan frekuensi berbeda dengan menyandikan informasi dari chip pada gelombang backscatter tersebut.
11 2.3 Sensor Ultrasonik SRF04 SRF04 merupakan sensor pengukur jarak yang menggunakan ultrasonik. Prinsip kerja sensor ini digambarkan dalam Gambar. Pulsa ultrasonik, yang merupakan sinyal ultrasonik dengan frekuensi ±41 khz sebanyak 12 periode, dikirimkan dari pemancar ultrasonik. Ketika pulsa mengenai benda penghalang, pulsa ini dipantulkan, dan diterima kembali oleh penerima ultrasonik. Dengan mengukur selang waktu antara saat pulsa dikirim dan pulsa pantul diterima. Jarak antara alat pengukur dan benda penghalang bisa dihitung. Gambar 2.4 Bentuk Fisik Sensor Ultrasonik SRF04 Gambar 2.5 Prinsip kerja sensor Ultrasonik SRF04
12 2.4 Photo transistor Photo transistor merupakan jenis transistor yang bias basisnya berupa cahaya infra merah. Besarnya arus yang mengalir di antara kolektor dan emitor sebanding dengan intensitas cahaya yang diterima photo transistor tersebut. Gambar 2.6 Bentuk dan Simbol dari Photo Transistor 2.4.1 Prinsip Kerja Photo Transistor Photo transistor sering digunakan sebagai saklar terkendali cahaya infra merah, yaitu memanfaatkan keadaan jenuh (saturasi) dan mati (cut off) dari photo transistor tersebut. Prisip kerja photo transistor untuk menjadi saklar yaitu saat pada basis menerima cahaya infra merah maka photo transistor akan berada pada keadaan jenuh (saturasi dan saat tidak menerima cahaya infra merah photo transistor berada dalam kondisi mati (cut off) Stuktur phototransistor mirip dengan transistor bipolar (bipolar junctoin transistor). Pada daerah basis dapat dimasuki sinar dari luar melalui suatu celah transparan dari luar kamasan taransistor. Celah ini biasanya dilindungi oleh suatu lensa kecil yang memusatkan sinar di tepi sambungangan basis emitor. Prinsip Kerja Sensor Photo Transistor Sambungan antara basis dan kolektor, dioperasikan dalam catu balik dan berfungsi sebagai fotodioda yang merespon masuknya sinar dari luar. Bila tak ada sinar yang masuk, arus yang melalui sambungan catu balik sama dengan nol. Jika sinar dari energi photon cukup dan mengenai sambungan catu balik, penambahan pasangan hole dan elektron akan terjadi dalam depletion region, menyebabkan sambungan menghantar. Jumlah pasangan hole dan elektron yang dibangkitkan dalam sambungan akan sebanding dengan intensitas sinar yang
13 mengenainya. Sambungan antara basis emitor dapat dicatu maju, menyebabkan piranti ini dapat difungsikan sebagai transistor bipolar konvensional. Arus kolektor dari phototransistor diberikan oleh:terminal basis dari photo transistor tidak membutuhkan sambungan (no connect) untuk bekerja. Jika basis tidak disambung dan VCE adalah positif, sambungan basis kolektor akan berlaku sebagai fotodioda yang dicatu balik. Gambar 2.7 Rangkaian Dasar Photo Transistor Komponen ini memiliki sifat yang sama dengan transistor yaitu menghasilkan kondisi cut off dan saturasi. Perbedaannya adalah, bilamana pada transistor kondisi cut off terjadi saat tidak ada arus yang mengalir melalui basis ke emitor dan kondisi saturasi terjadi saat ada arus mengalir melalui basis ke emitor maka pada phototransistor kondisi cut off terjadi saat tidak ada cahaya infrared yang diterima dan kondisi saturasi terjadi saat ada cahaya infrared yang diterima. Kondisi cut off adalah kondisi di mana transistor berada dalam keadaan OFF sehingga arus dari collector tidak mengalir ke emitor. Pada rangkaian gambar diatas, arus akan mengalir dan membias basis transistor Q2 C9014. Kondisi saturasi adalah kondisi di mana transistor berada dalam keadaan ON sehingga arus dari collector mengalir ke emitor dan menyebabkan transistor Q2 tidak mendapat bias atau OFF. Phototransistor ST8- LR2 memiliki sudut area 15 derajat dan lapisan pelindung biru yang melindungi sensor dari cahaya-cahaya liar. Pada phototransistor yang tidak dilengkapi dengan lapisan pelindung ini, cahaya-cahaya liar dapat menimbulkan indikasi-indikasi palsu yang terkirim ke CPU dan mengacaukan proses yang ada di sana. Aplikasi
14 komponen ini sebagai sensor peraba adalah digunakan bersama dengan LED Infrared yang dipancarkan ke permukaan tanah. Apabila permukaan tanah atau lantai berwarna terang, maka sinyal infrared akan dikembalikan ke sensor dan diterima oleh ST8-LR2. Namun bila permukaan tanah atau lantai berwarna gelap, maka sinyal infrared akan diserap dan hanya sedikit atau bahkan tidak ada yang kembali. 2.5 Sensor Suhu LM35 Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. Sensor Suhu LM35 yang dipakai dalam penelitian ini berupa komponen elektronika elektronika yang diproduksi oleh National Semiconductor. LM35 memiliki keakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain, LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kendali khusus serta tidak memerlukan penyetelan lanjutan. Gambar 2.8 Bentuk Fisik LM35 2.6 Buzzer Buzzer adalah suatu alat yang dapat mengubah sinyal listrik menjadi sinyal suara. Pada umumnya buzzer digunakan untuk alarm, karena penggunaannya cukup mudah yaitu dengan memberikan tegangan input maka buzzer akan mengeluarkan bunyi. Frekuensi suara yang dikeluarkan oleh buzzer yaitu antara 1-5 KHz. Pada umumnya prinsip kerja buzzer hampir sama dengan loud speaker. Buzzer biasanya digunakan sebagai indikator bahwa proses telah selesai atau terjadi suatu kesalahan pada sebuah alat (alarm).
15 Gambar 2.9 Bentuk Fisik Buzzer 2.7 LCD LMB162A Pada LCD, adalah sebuah peraga kristal cair. Prinsip kerja LCD adalah mengatur cahaya yang ada, atau nyala LED. Dibandingkan dengan seven segment, memang LCD lebih dianggap rumit oleh sebagian orang, akan tetapi ada pula orang yang lebih suka memakai LCD karena pemakaian daya yang sangat rendah, selain itu juga karena jumlah karakter yang ditampilkan semakin banyak. LMB162A merupakan LCD dengan tampilan 16x2 baris dengan konsumsi daya rendah. 2.10 Bentuk fisik LCD LMB162A Gambar 2.11 Konfigurasi LCD
16 Tabel 2.1 Fungsi penyemat LCD No Simbol Logika Keterangan 1 Vss - Catu Daya 0 Volt (Ground) 2 Vcc - Catu Daya 5 Volt 3 Vee - Catu daya untuk LCD 4 RS H/L H: Masukan Data, L: Masukan Instruksi 5 R/W H/L H: Baca (Read), L: Tulis (Write) 6 E H/L (L) Enable Signal 7 DB0 H/L Data Bit 0 8 DB1 H/L Data Bit 1 9 DB2 H/L Data Bit 2 10 DB3 H/L Data Bit 3 11 DB4 H/L Data Bit 4 12 DB5 H/L Data Bit 5 13 DB6 H/L Data Bit 6 14 DB7 H/L Data Bit 7 15 V+ BL - Backlight 4-4,2 Volt ; 50-200 ma 16 V- BL - Backlight 0 Volt (ground) 2.8 Komponen Elektronika pendukung lainnya 2.8.1 IC Regulator Pada umumnya catu daya selalu dilengkapi dengan regulator tegangan. Tujuan pemasangan regulator tegangan pada catu daya adalah untuk menstabilkan tegangan
keluaran apabila terjadi perubahan tegangan masukan pada catu daya. Fungsi lain dari regulator tegangan adalah untuk perlindungan dari terjadinya hubung singkat pada beban. 17 Gambar 2.12 Bentuk fisik IC regulator 2.8.2 Transistor BC547 Sebuah transistor BC547 adalah sebuah transistor NPN (Negatif Positif Negatif) yang digunakan untuk berbagai tujuan. Bersama dengan komponen elektronika lainnya seperti resistor,kumparan dan kapasitor dapat juga digunakan sebagai komponen aktif untuk switch dan amplifier. Sama seperti semua transistor NPN lainnya,jenis transistor ini memilikiterminal emitor, basis, atau terminal kontrol, dan terminal kolektor. Gambar 2.13 Bentuk Fisik Transistor BC547 2.8.3 Kristal 4 MHz Kristal adalah komponen elektronika yang berfungsi sama dengan resonator, yaitu untuk menghasilkan denyut atau detak komponen elektronika yang membutuhkan detak clock. Kristal memiliki dua kaki, yang digunakan pada IC mikrokontroler maka kedua kaki pin dikoneksikan dengan XTAL1 dan XTAL 2. Kelebihan Kristal adalah detaknya relatif stabil. Tetapi kelemahannyaadalah rangkaian menjadi sedikit rumit, karena membutuhkan tambahan kapasitor untuk menstabilkan detak yang dihasilkan oleh Kristal.
18 Gambar 2.14 Bentuk fisik Kristal 4 MHz 2.8.4 Kapasitor Kapasitor adalah komponen elektronika yang mampu menyimpan arus dan tegangan listrik untuk sementara waktu. Seperti hal nya juga resistor, kapasitor adalah termasuk salah satu komponen pasif yang banyak digunakan dalam membuat rangkaian elektronika. Seperti hal nya resistor, kapasitor juga memiliki nilai satuan yang dinyatakan dengan satuan farad. Jenis-jenis kapasitor dapat dibedakan menjadi: a. Kapasitor elektrolit atau yang lebih dikenal dengan sebutan elco. Kapasitor jenis ini memiliki dua kutub, yaitu kutub negatif dan positif. b. Kapasitor mylar, bahan penyekatnya terbuat dari plastik. c. Kapasitor keramik, bahan penyekat terbuat dari keramik. Gambar 2.15 Bentuk fisik kapasitor
19 2.8.5 Resistor Resistor merupakan komponen pasif yang dibuat untuk mendapatkan hambatan tertentu. Resistor yang paling banyak digunakan terbuat dari karbon yang dilapiskan pada sebatang keramik. Resistor semacam ini disebut resistor film karbon. Resistor karbon mengunakan sandi warna yang dicatkan pada badan resistor untuk menyatakan nilai hambatan. Untuk resistor dengan toleransi 5% dan 10% digunakan empat buah cincin, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.7 di bawah ini: (a) (b) Gambar 2.16 (a) Kode warna pada resistor dan (b) simbolnya Dari ujung ke tengah tengah tahanan dimana warna cincin pertama menunjukkan angka pertama dan warna cincin kedua menunjukkan angka kedua dan warna cincin ketiga menunjukkan faktor perkalian dan warna cincin terakhir menunjukkan toleransi dari resistor tersebut. Resistor dibuat dengan ukuran badan yang mencerminkan kemampuan bertahan terhadap daya lesap yang diterimanya jika dialiri arus listrik. Suatu resistor dengan hambatan (R) yang dilalui arus (I) akan menerima daya lesap sebesar P= I 2.R. Daya ini akan menaikkan suhu resistor, dan jika melebihi kemampuan daya yang ditentukan dapat menyebabkan kerusakan yang permanen, berupa perubahan terhadap nilai hambatan ataupun membuat resistor hangus.