BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Sensor Sensor adalah peralatan yang digunakan untuk merubah suatu besaran fisik menjadi besaran listrik sehingga dapat dianalisa dengan rangkaian listrik tertentu. Hampir seluruh peralatan elektronik yang ada mempunyai sensor didalamnya. Pada saat ini, sensor tersebut telah dibuat dengan ukuran sangat kecil. Ukuran yang sangat kecil ini sangat memudahkan pemakaian dan menghemat energi. Sensor merupakan bagian dari transducer yang berfungsi untuk melakukan sensing atau merasakan dan menangkap adanya perubahan energi eksternal yang akan masuk ke bagian input dari transducer, sehingga perubahan kapasitas energi yang ditangkap segera dikirim kepada bagian konvertor dari transducer untuk dirubah menjadi energi listrik. Berikut adalah macam - macam sensor : 1. Sensor cahaya adalah alat yang digunakan untuk merubah besaran cahaya menjadi besaran listrik. Prinsip kerja dari alat ini adalah mengubah energi foton menjadi elektron. Salah satu penggunaannya yang paling populer adalah kamera digital. 2. Sensor suhu adalah alat yang digunakan untuk merubah besaran panas menjadi besaran listrik. Ada beberapa metode yang digunakan untuk membuat sensor ini, salah satunya dengan cara menggunakan material yang berubah hambatannya terhadap arus listrik sesuai dengan suhunya. 5
6 2.2 Transducer 2.2.1 Pengertian Transducer adalah alat yang berfungsi untuk mengubah suatu bentuk energi tertentu ke dalam bentuk energi lain, dalam hal ini biasanya selalu diubah kedalam bentuk energi listrik. Alasan mengapa energi listrik yang berupa arus atau tegangan listrik ini merupakan pilihan yang paling banyak digunakan antara lain : 1. Energi listrik paling mudah untuk di-manipulasi, artinya mudah diatur dan dirubah baik dari segi bentuknya, frekuensinya, maupun kegunaannya. 2. Energi listrik mudah untuk disimpan atau jika dalam bentuk analog akan di simpan dalam baterai dan jika bentuknya adalah digital akan disimpan dalam memori. 2.2.2 Klasifikasi Transducer Transducer dapat diklasifikasikan berdasarkan cara pengubahan energi sinyal keluaran atau berdasarkan bidang pemakaian, dan dibagi menjadi: 1. Active Transducer adalah jenis transducer yang mampu menghasilkan energi listrik sendiri, contohnya : foto sel, termokopel dan lain-lain. 2. Passive Transducer adalah jenis transducer yang memerlukan catu daya (power supply) eksternal untuk dapat bekerja, contohnya : Thermistor, Fototransistor dan lain-lain.
7 2.3 Kapasitor 2.3.1 Pengertian 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 dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini "tersimpan" selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya. Gambar 2.1 Prinsip dasar Kapasitor
8 2.3.2 Kapasitansi Kapasitansi didefenisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk dapat menampung muatan elektron. Coulombs pada abad 18 menghitung bahwa 1 coulomb = 6.25 x 10 18 elektron. Kemudian Michael Faraday membuat penemuan bahwa sebuah kapasitor akan memiliki kapasitansi sebesar 1 farad jika dengan tegangan 1 volt dapat memuat muatan elektron sebanyak 1 coulombs. Kapasitor terdiri dari beberapa tipe tergantung dari bahan dielektriknya, untuk lebih sederhana dapat dibagi menjadi tiga bagian yaitu : 1. Kapasitor ElektroStatic adalah kelompok kapasitor yang dibuat dengan bahan dielektrik dari keramik, film, dan mika. Keramik dan mika adalah bahan yang popular seta murah untuk membuat kapasitor yang kapasitansinya kecil, tersedia dari besaran pf sampai beberapa uf yang biasanya untuk aplikasi rangkaian yang berkenaan dengan frekuensi tinggi. 2. Kapasitor Elektrolytic adalah kelompok kapasitor - kapasitor yang bahan dielektriknya berupa lapisan metal-oksida. Umumnya kapasitor yang termasuk kelompok ini adalah kapasitor polar dengan tanda (+) dan (-) di badannya. Kapasitor ini dapat memiliki polaritas dikarenakan proses pembuatannya menggunakan elektrolisa sehingga terbentuk kutub positif anoda dan kutub negatif katoda.
9 Gambar 2.2 Kapasitor Elco 3. Kapasitor Elektrochemical. Yang termasuk kapasitor jenis ini adalah batere dan accu. Pada kenyataannya batere 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 applikasi mobil elektrik dan telepon selular. Kerusakan umum pada kapasitor diantaranya adalah : a) Kering (kapasitasnya berubah) b) Konsleting c) Meledak, yang dikarenakan salah dalam pemberian tegangan positif dan negatifnya, jika batas maksimum voltase dilampaui juga bisa meledak. 2.4 Resistor Resistor adalah suatu komponen elektronika yang dapat digunakan untuk menentukan besarnya suatu tegangan atau menentukan besar kecilnya kuat arus pada
10 rangkaian. Resistor dapat dikelompokkan dalam dua golongan yaitu yang berkestabilan tinggi dan rendah, resistor dengan kestabilan rendah besarnya tahanan akan banyak berubah sepanjang waktu hidupnya dan dapat diperkirakan bahwa resistor berkestabilan rendah jauh lebih murah harganya. Sedangkan resistor yang mempunyai kestabilan tinggi besar nilai tahanannya tidak banyak berubah sepanjang waktu hidupnya dan mempunyai harga yang relatif lebih mahal. Besarnya nilai tahanan resistor dinyatakan dengan ohm ( ) yang mempunyai kegunaan sebagai berikut : 1. Pembangkit potensial listrik, maksudnya tahanan ini bisa menimbulkan potensial listrik dengan nilai tertentu. 2. Memperkecil tegangan listrik, maksudnya dengan pemasangan ini bisa berhasil menurunkan tegangan listrik dari sumber listrik. 3. Memperkecil arus listrik, maksudnya jika dipasang tahanan dalam rangkaian kawat maka akibatnya arus listrik yang akan mengalir menjadi lebih kecil. 4. Pembagi tegangan listrik, maksudnya dengan pemakaian tahanan ini akan berhasil membagi tegangan listrik dari suatu sumber listrik, tetapi bila hasil pembagian itu dijumlahkan akan sama dengan tegangan sumbernya.
11 Adapun mengenai macam-macam tahanan sebagai berikut : 1. Tahanan Kawat Tahanan ini terbuat dari logam campuran yaitu manganin atau konstanta. Tahanan ini biasa digunakan pada temperatur tinggi dan tahanan ini mempunyai daya berkisar 1 watt 50 watt. 2. Tahanan Arang Tahanan ini dibuat dengan cara melapiskan suatu bahan arang tipis pada batang isolator dan mempunyai daya ¼ watt, ½ watt dan 1 watt. Jenis tahanan ini adalah tahanan yang paling banyak digunakan. Adapun besar kecilnya nilai tahanan pada tahanan arang ini bisa diketahui dengan melihat warna pada resistor tersebut. Warna pada resistor tersebut merupakan suatu kode untuk menghitung besarnya nilai tahanan dan nilai toleransi pada resistor tersebut. Gambar 2.3 Resistor
12 Tabel 2.1 Nilai Kode Warna pada Tahanan. Warna I II III IV Hitam 0 0 - - Coklat 1 1 1 - Merah 2 2 2 2% Orange 3 3 3 - Kuning 4 4 4 - Hijau 5 5 5 - Biru 6 6 6 - Ungu 7 7 7 - Abu-abu 8 8 8 - Putih - - - - Emas - - - 5% Perak - - - 10% Tidak Ada Warna 20% Penjelasan dari kode warna tahanan tersebut adalah sebagai berikut: Kode I, menyatakan angka ke satu Kode II, menyatakan angka ke dua Kode III, menyatakan banyaknya nol, misalnya 3 berarti = 000. Kode IV, menyatakan nilai toleransi atau batas antara nilai tahanan terbesar dengan tahanan terkecil.
13 Misalkan diketahui warna tahanan terdiri dari merah-hijau-orange-emas, berarti nilai resistansinya = 25.000 ohm ± 5% = 25 K ± 5%. Maka nilai maksimal dari resistansinya = 25.000 + (25.000 x 5%) = 26.250 ohm dan nilai minimal dari resistansinya = 25.000 (25.000 x 5%)= 23.750 ohm. 2.5 Rangkaian Regulator Rangkaian penyearah sudah cukup bagus jika tegangan bolak - balik kecil, namun ada masalah stabilitas. Jika tegangan PLN naik atau turun, maka tegangan outputnya juga akan naik atau turun. Seperti rangkaian penyearah di atas, jika arus semakin besar ternyata tegangan DC keluarnya juga ikut turun. Untuk beberapa aplikasi perubahan tegangan ini cukup mengganggu sehingga diperlukan komponen aktif yang dapat meregulasi tegangan keluaran ini menjadi stabil, oleh karena itu diperlukan suatu rangkaian regulator. Rangkaian regulator yang paling sederhana ditunjukkan pada gambar 2.4. Pada rangkaian ini, zener bekerja pada daerah breakdown, sehingga menghasilkan tegangan output yang sama dengan tegangan zener atau Vout = Vz. Namun rangkaian ini hanya bermanfaat jika arus beban tidak lebih dari 50mA. Gambar 2.4 Regulator Zener
14 Saat ini sudah banyak dikenal komponen seri 78XX sebagai regulator tegangan tetap positif dan seri 79XX yang merupakan regulator tegangan tetap negative, komponen ini biasanya sudah dilengkapi dengan pembatas arus dan juga pembatas suhu. Komponen ini hanya tiga pin dan dengan menambah beberapa komponen saja sudah dapat menjadi rangkaian catu daya yang ter-regulasi dengan baik. 2.6 Parallel Port Ketika IBM memperkenalkan IBM PC (Personal Computer) pada tahun 1981, parallel port disertakan didalamnya sebagai alternatif dari serial port. Fungsi parallel port ketika itu hanya untuk menghubungkan komputer dengan printer, atau dengan kata lain port parallel pada waktu itu bersifat uni-directional (hanya mampu mengalirkan data satu arah) walaupun kemampuan komputer meningkat, ternyata tidak ada perubahan pada arsitektur parallel port, sehingga transfer data maksimum tetap terbatas pada 150 KBps yang hanya memungkinkan panjang kabel maksimum 2 meter. Oleh karena perkembangan teknologi maka kebutuhan akan konektifitas komputer dengan piranti eksternal menjadi meningkat, tidak hanya antara komputer dengan printer saja namun juga dengan disk drive portable dan CD ROM. Maka pada tahun 1994 muncul standar baru parallel port yang masih kompatibel dengan parallel port sebelumnya namun lebih handal karena mampu menangani transfer data hingga
15 1 MBps, panjang kabel hingga 10 meter (maksimum) dan juga komunikasi dua arah (Bi-directional). Ada dua macam konektor untuk port parallel, yaitu konektor 36 pin yang dikenal dengan nama Centronics dan konektor 25 pin yang dikenal dengan nama DB- 25. Centronics lebih dahulu ada daripada DB-25, dimana pertama kalinya IBM memperkenalkan DB-25 ketika memperkenalkan IBM-PC, karena DB-25 lebih praktis maka untuk konektor port parallel ke komputer pada saat ini hanya digunakan DB-25, sedangkan konektor Centronics dipasangkan pada port printer. Jadi biasanya Centronics terpasang pada pihak Printer dan DB-25 terpasang pada pihak komputer. Pasangan konektor untuk komputer dan printer yang berupa pasangan Centronics (printer) dan DB-25 (komputer) dapat dilihat pada gambar 2.5 dan 2.6 di bawah ini : Gambar 2.5 DB-25 (25 pin) Gambar 2.6 Centronics (36 pin)
16 Untuk lebih jelasnya deskripsi sinyal pada port parallel dapat dilihat tabel Tabel 2.2 dibawah ini : Tabel 2.2 : Pin port Parallel
17 Dari 25 pin konektor DB-25 tersebut hanya 17 pin yang digunakan untuk saluran pembawa informasi dan yang berfungsi sebagai ground (GDN) ada 8 pin. Ke-17 saluran informasi tersebut terbagi menjadi 3 bagian, yaitu: 1. Saluran DATA terdiri dari 8 bit 2. Saluran STATUS terdiri dari 5 bit 3. Saluran CONTROL terdiri dari 4 bit 2.6.1 Bi-Directional Port Pada port parallel yang uni-directional (satu arah) terdapat di dalamnya IC- 74LS374 yang output enablenya secara permanen diset LOW, sehingga data hanya dapat lewat secara satu arah saja. Sedangkan untuk computer Bi- Directional yang memiliki port parallel dua arah menggunakan IC 74LS244 sebagai buffer dua arah. 2.6.2 Enhanced Parallel Port (EPP) Setelah parallel port yang ada dirasakan tidak memadai, maka perkembangan berikutnya adalah diciptakan parallel port jenis EPP, Enhanced Parallel Port oleh Intel, Xircom dan Zenith Data System dengan tujuan untuk meningkatkan kinerja parallel port. Kemampuan transfer data menjadi 500 kbps 2 MBps serta bersifat bi-directional (dua arah). Protokol EPP memiliki 4 macam siklus transfer data yang berbeda, yaitu : 1. Data READ : Pembacaan Data 2. Address Read : Pembacaan Alamat
18 3. Data Write : Penulisan Data 4. Addrress Write : Penulisan Alamat 2.6.3 Extended Capability Port Perkembangan parallel port berikutnya adalah diperkenalkan Extended Capability Port (ECP), yaitu sebuah protokol yang di ajukan oleh Microsoft dan Hawlet Packard sebagai mode lanjutan untuk berkomunikasi dengan periferal jenis scanner dan printer modern. 2.7 Output TTL (Transistor-Transistor Logic) Dalam elektronika, TTL berbasis pada penggunaan transistor, yang mana sebuah transistor dapat dapat dipekerjakan dalam 3 kondisi, yaitu : 1. Kondisi Aktif Kondisi Aktif adalah kondisi transistor yang dipekerjakan pada daerah linier, dan biasanya digunakan sebagai penguat (amplifier) gelombang, baik itu gelombang audio, maupun gelombang radio. Sinyal masukan yang lemah akan diperkuat oleh transistor yang berfungsi sebagai penguat dan hasilnya akan diumpankan kepada tingkat penguat berikutnya atau disalurkan ke saluran transmisi. 2. Kondisi Cut-Off Kondisi Cut-Off, adalah kondisi transistor yang dipekerjakan sebagai saklar, dimana pada kondisi cut-off, tidak ada arus yang mengalir, atau arusnya sangat kecil sekali mengalirnya baik melalui kolektor maupun
19 melalui emiter. Karena tidak ada arus yang mengalir atau kecil sekali, maka seolah-olah kondisi transistor dalam keadaan sebuah saklar atau switch yang terputus atau (OFF). 3. Kondisi Saturasi (jenuh) Kondisi Saturasi (jenuh), adalah kondisi transistor yang dipekerjakan sebagai SWITCH atau saklar, dimana pada kondisi saturasi ini arus yang mengalir melalui kolektor dan emiter dalam keadaan yang sebesar-besarnya, sehingga dalam keadan ini transistor seolah-olah merupakan sebuah saklar atau switch yang tertutup (ON). 2.7.1 Transistor sebagai Saklar (switch) Untuk dapat meggunakan transistor sebagai saklar (switch) digital maka transistor harus dipekerjakan pada daerah Saturasi dan Cut-Off secara bergantian. Daerah saturasi untuk mendapatkan logic-low dan daerah cut-off untuk mendapatkan logic-high, atau sebaliknya daerah cut-off untuk mendapatkan logic-low dan daerah Saturasi untuk mendapatkan logic-high bergantung pada konfigurasi rangkaian transistor yang digunakan. Ada 2 jenis konfigurasi yang digunakan untuk switch pada transistor yaitu : a. Common Emitter : 1. Logic HIGH, kondisi cut-off. 2. Logic LOW, kondisi saturasi. b. Common collector : 1. Logic HIGH, kondisi saturasi. 2. Logic LOW, kondisi cut-off.
20 2.7.2 Tegangan TTL-Level Pada umumnya level tegangan yang digunakan untuk operasional sebuah komputer mikro seperti IBM-PC adalah TLL-Level, dimana TTL-Level dimiliki 2 level tegangan logic, yaitu : 1. Logic HIGH = + 5 V dan 2. Logic LOW = 0 V sehingga baik sinyal data maupun sinyal sinyal kontrol lainya dalam komputer mikro biasanya menggunakan TTL-Level ini sebagai tegangan Logic operasionalnya. 2.7.3 Foto Transistor Foto transistor merupakan jenis transducer foto yang dapat merubah besarnya arus listrik jika pada permukaan sensor dari foto transistor tersebut disinari cahaya, akibat adanya kuantitas cahaya inilah yang akan merubah arus listrik yang akan lewat bagian kolektor dan emiter foto transistor tersebut, kemudian arus listrik yang berubah inilah yang dimanfaatkan untuk mengetahui keadaan dari variabel yang akan diukur. Aplikasi dari foto transistor banyak ditemukan pada peralatan-peralatan otomatis yang cara kerjanya dipengaruhi oleh intensitas cahaya yang jatuh ke permukaan sensornya. Untuk selanjutnya peralatan otomatis peka cahaya tadi dapat dimanfaatkan sebagai alat sekuriti atau alat pengendali peka cahaya lainnya. Berikut ini adalah salah satu bentuk rangkaian aplikasi foto transistor sebagai penggerak relay.
21 10K 1M 22K Q2 12V FOTO TRANSISTOR Q1 R LOAD Gambar 2.7 Foto Transistor sebagai detektor penggerak R LOAD (relay) 2.7.4 Karakteristik Foto Transistor I C ma 4 L = 5 mw/cm L = 4 mw/cm 5 4 3 L = 3 mw/cm 3 2 L = 2 mw/cm L = 1 mw/cm 2 1 10 20 0 V CE VOLT Gambar 2.8 Karakteristik Foto Transistor
22 Keterangan: Gambar 2.8 di atas merupakan Family - Curve atau kumpulan kurva yang menyatakan hubungan arus Kolektor dan tegangan Kolektor-Emiter dari foto transistor tertentu. Terlihat bahwa semakin tinggi intensitas cahaya (L) dengan jarak 1 cm dari sumber, arus Kolektor I C akan meningkat pada setiap nilai intensitas tertentu. Contoh : Untuk suatu nilai VCE tertentu, jika nilai L bertambah besar, maka arus kolektor juga akan meningkat tinggi. Hal ini menunjukkan tingkat sensitivitas foto transistor akan semakin meningkat jika intensitas cahaya yang jatuh ke permukaan semakin tinggi (semakin besar dan terang). 2.8 Webcam Webcam (singkatan dari web camera) merupakan salah satu perangkat multimedia yang terdiri dari sebuah kamera digital yang didukung perangkat lunak guna melakukan manajemen gambar dan suara, sehingga webcam mampu melakukan proses Video View, Video Caputure dan Video Save. Webcam juga sebutan bagi kamera real-time (bermakna keadaan pada saat ini juga) yang gambarnya bisa diakses atau dilihat melalui World Wide Web, program instant messaging, atau aplikasi video call. Istilah "webcam" juga merujuk kepada jenis kamera yang digunakan untuk keperluan ini. Ada berbagai macam merek webcam diantaranya LogiTech, SunFlowwer, dan sebagainya. Webcam biasanya beresolusi sebesar 352x288 / 640x480 piksel. Namun ada yang kualitasnya hingga 1 Megapiksel.
Gambar 2.9 Contoh gambar Webcam 23