BAB II LANDASAN TEORI Pada bab ini akan dibahas mengenai teori-teori dasar yang digunakan untuk pembuatan pintu gerbang otomatis berbasis Arduino yang dapat dikontrol melalui komunikasi Transifer dan Receiver pada Sensor RF433. 2.1 Dasar Arduino Pembuatan Arduino dimulai pada tahun 2005, oleh sebuah perusahaan komputer Olivetti di Ivrea, Pendiri dari Arduino itu sendiri adalah Massimo Banzi dan David Cuartielles. Pada awalnya mereka memberi nama proyek itu dengan sebutan Arduino dari Ivrea tetapi seiring dengan perkembangan zaman, maka nama proyek itu diubah menjadi Arduino yang berarti teman yang kuat atau dalam versi bahasa Inggrisnya dikenal dengan sebutan Hardwin. Mereka mengembangkan Arduino dengan bootloader dan software yang user friendly sehingga menghasilkan sebuah board mikrokontroler yang bersifat open source yang bisa dipelajari dan dikembangkan oleh mahasiswa, pelajar, professional, pemula, dan penggemar elektronika maupun robotik di seluruh dunia. Arduino hardware diprogram menggunakan bahasa Wiring berbasis (sintaks dan perpustakaan), mirip dengan C + + dengan beberapa penyederhanaan sedikit dan modifikasi, dan lingkungan pengembangan terpadu berbasis Processing. Komponen utama Arduino adalah mikrokontroler sehingga Arduino dapat diprogram menggunakan komputer sesuai dengan kebutuhan kita. 5
6 Karena komponen utama Arduino adalah mikrokontroler, maka Arduino pun dapat diprogram menggunakan komputer sesuai dengan kebutuhan kita. Adapun data teknis board Arduino UNO sebagai berikut : Mikrokontroler : Arduino UNO Tegangan Operasi : 5 V Tegangan Input (recommended) : 7-12 V Tegangan Input (limit) : 6-20 V Pin digital I/O : 14 ( 6 diantaranya pin PWM ) Pin analog input : 6 Arus DC per pin I/O : 40 ma Arus DC untuk pin 3.3 V : 150 ma Flash Memory : 32 KB dengan 0.5 KB digunakan untuk bootloader SRAM : 2 KB EEPROM : 1 KB Kecepatan Pewaktu : 16 MHz Gambar 2.1 Bentuk Fisik Arduino Uno
7 2.1.1 Soket USB Soket USB berfungsi untuk mengirimkan program dari computer ke Arduino dan juga sebagai port komunikasi serial. 2.1.2 Input / Output Digital Input/output digital atau digital pin adalah pin-pin untuk menghubungkan Arduino dengan komponen atau rangkaian digital. 2.1.3 Input Analog Input Analog atau analog pin adalah pin-pin yang berfungsi untuk menerima sinyal dari komponen atau rangkaian analog. Misalnya dari potensiometer, sensor suhu, sensor cahaya, dsb. 2.2 Aplikasi Program Arduino Ketika kita membuka program Arduino akan terlihat serupa dengan tampilan gambar 2.2. Gambar 2.2 Tampilan Program Arduino
8 Untuk menjalankan program Arduino, kita harus memahami fungsi-fungsi toolbar yang terdapat pada tampilan program Arduino. Toolbar Coding Area Application Status Message Gambar 2.3 Tampilan Utama Aplikasi Arduino 2.2.1 Toolbar a b c d e f g Gambar 2.4 Toolbar Pada Aplikasi Arduino a. Verify Tombol ini digunakan untuk meng-compile program yang telah dibuat. Compile berfungsi untuk mengetahui apakah program yang telah dibuat benar atau masih memilki kesalahan. Apabila ada kesalahan yang terjadi, bagian message akan menampilkan letak kesalahan tersebut.
9 b. Stop Tombol ini digunakan untuk membatalkan proses verify yang sedang berlangsung. c. New Tombol ini digunakan untuk membuat coding pada layar baru. d. Open Tombol ini digunakan untuk membuka coding yang sudah disimpan sebelumnya. e. Save Tombol ini digunakan untuk menyimpan coding yang sudah dikerjakan. f. Upload Tombol ini digunakan untuk mengirim coding yang sudah dikerjakan ke mikrokontroler. g. Serial Monitor Tombol ini digunakan untuk melihat aktivitas komunikasi serial dari mikrokontroler baik yang dikirm oleh user ke mikrokontroler maupun sebaliknya. 2.2.2 Coding Area Coding Area merupakan tempat penulisan coding dengan menggunakan bahasa pemrograman C. Coding di dalam Arduino memiliki dua bagian utama, yaitu : a. Void Setup ( ) Bagian ini merupakan inisialisasi yang diperlukan sebelum program utama dijalankan, contoh :
10 void setup() { pinmode(4, OUTPUT); //Set control pin sebagai mode output pinmode(5, OUTPUT); pinmode(10, INPUT); lcd.begin(16, 2); lcd.print("selamat DATANG"); } b. Void Loop ( ) Bagian ini merupakan fungsi utama yang dijalankan terus menerus selama modul Arduino terhubung dengan power supply. Contoh : void loop ( ) { digitalwrite (6, HIGH) ; // memberikan logic HIGH pada pin 6 delay (1000) ; // menunda selama 1 detik } 2.2.3 Application Status Bagian ini memberikan informasi kepada pengguna mengenai tugas yang yang sedang dijalankan oleh aplikasi Arduino. Misalnya memberitahukan hasil compiling sebuah program.
11 2.2.4 Message Bagian ini memberikan informasi kepada pengguna mengenai besarnya ukuran file dari coding yang dibuat dan letak kesalahan yang terjadi pada coding. 2.3 Driver Motor (Motor Shield L298) Motor Shield L298P dapat digunakan untuk menggerakkan dua buah motor DC 7-12V dengan maksimum arus hingga 2A. Produk ini kompatible dengan Arduino UNO, Arduino Mega maupun board Arduino compatible yang lain, sehingga dapat langsung ditumpuk diatas board Arduino dengan mudah. Dengan berkembangnya dunia IC, sekarang sudah ada Motor Shield yang bisa mengoperasikan empat buah motor DC. Gambar 2.5 Gambar Motor Shield L298 2.4 Motor DC Motor DC merupakan motor listrik yang memerlukan suplai tegangan arus searah pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi gerak mekanik. Kumparan medan pada motor dc disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar).
12 Jika arus lewat pada suatu konduktor, timbul medan magnet di sekitar konduktor. Arah medan magnet ditentukan oleh arah aliran arus pada konduktor. Aturan Genggaman Tangan Kanan bisa dipakai untuk menentukan arah garis fluks di sekitar konduktor. Genggam konduktor dengan tangan kanan dengan jempol mengarah pada arah aliran arus, maka jari-jari anda akan menunjukkan arah garis fluks medan magnet hanya terjadi di sekitar sebuah konduktor jika ada arus mengalir pada konduktor tersebut. Pada motor listrik konduktor berbentuk U disebut angker dinamo. Jika konduktor berbentuk U (angker dinamo) diletakkan di antara kutub uatara dan selatan yang kuat medan magnet konduktor akan berinteraksi dengan medan magnet kutub. Gambar 2.6 Medan magnet mengelilingi konduktor dan diantara kutub Lingkaran bertanda A dan B merupakan ujung konduktor yang dilengkungkan (looped conductor). Arus mengalir masuk melalui ujung A dan keluar melalui ujung B. Medan konduktor A yang searah jarum jam akan menambah medan pada kutub dan menimbulkan medan yang kuat di bawah konduktor. Konduktor akan berusaha bergerak ke atas untuk keluar dari medan kuat ini. Medan konduktor B yang berlawanan arah jarum jam akan menambah medan pada kutub dan menimbulkan medan yang kuat di atas konduktor. Konduktor akan berusaha untuk bergerak turun agar keluar dari medan yang kuat tersebut. Gaya-gaya tersebut akan membuat angker dinamo berputar searah jarum jam.
13 Gambar 2.7 Reaksi garis fluks Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum : 1. Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya. 2. Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran / loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan. 3. Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar / torque untuk memutar kumparan. 4. Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan. Pada motor dc, daerah kumparan medan yang dialiri arus listrik akan menghasilkan medan magnet yang melingkupi kumparan jangkar dengan arah tertentu. Konversi dari energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun sebaliknya berlangsung melalui medan magnet, dengan demikian medan magnet disini selain berfungsi sebagai tempat untuk menyimpan energi, sekaligus sebagai
14 tempat berlangsungnya proses perubahan energy. Daerah tersebut dapat dilihat pada gambar 2.11. Gambar 2.8 Prinsip kerja motor dc Agar proses perubahan energi mekanik dapat berlangsung secara sempurna, maka tegangan sumber harus lebih besar daripada tegangan gerak yang disebabkan reaksi lawan. Dengan memberi arus pada kumparan jangkar yang dilindungi oleh medan maka menimbulkan perputaran pada motor. Dalam memahami sebuah motor, penting untuk mengerti apa yang dimaksud dengan beban motor. Beban dalam hal ini mengacu kepada keluaran tenaga putar atau torque sesuai dengan kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan ke dalam tiga kelompok : 1. Beban torque konstan adalah beban dimana permintaan keluaran energinya bervariasi dengan kecepatan operasinya namun torquenya tidak bervariasi. Contoh beban dengan torque konstan adalah corveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan. 2. Beban dengan variabel torque adalah beban dengan torque yang bervariasi dengan kecepatn operasi. Contoh beban dengan variabel
15 torque adalah pompa sentrifugal dan fan (torque bervariasi sebagai kuadrat kecepatan). 3. Beban dengan energi konstan adalah beban dengan permintaan torque yang berubah dan berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban dengan daya konstan adalah peralatan-peralatan mesin. Prinsip kerja pada motor DC biasa adalah : Adanya garis-garis gaya medan magnet (fluks) antara kutub yang berada pada stator. Penghantar yang dialiri arus ditempatkan pada jangkar yang berada dalam medan magnet. Pada penghantar timbul gaya yang menghasilkan torsi. Gambar 2.9 Konstruksi Motor DC Untuk dapat menjalankan motor DC ini pada L298P Motor Shield dua jenis pengendalian yang harus dilakukan, yaitu : A. Pengendalian arah putar motor DC Untuk mendapatkan arah putaran searah dengan jarum jam (clockwise, c) maka motor DC harus diberikan tegangan dengan polaritas bagian atas motor positif dan bawah negatif.
16 Gambar 2.10 Polarisasi Tegangan Untuk Putaran Motor Searah Jarum Jam Sedangkan untuk mendapatkan arah putaran berlawanan arah dengan jarum jam (counter clockwise, ccw) maka motor DC harus diberikan tegangan dengan polaritas bagian atas motor negatif dan bawah positif. Gambar 2.11 Polarisasi Tegangan Untuk Putaran Motor Berlawanan Dengan Arah Jarum Jam B. Pengendalian Kecepatan Motor DC Untuk pengendalian kecepatan putar motor DC dapat dilakukan dengan mengatur besar tegangan terminal motor dan mengatur lebar pulsa atau Pulse Width Modulation (PWM) yang ada pada driver motor.
17 2.5 Modul RF 433 Mhz Rangkaian modul RF 433 Mhz terdiri dari dua rangkaian yaitu rangkaian receiver sebagai penerima data dan rangkaian transmiter sebagai pengirim data. RF 433 Mhz adalah rangkaian pengirim dan penerima data yang berbasis Arduino. Modul tersebut digunakan pada pintu gerbang otomatis sebagai pengganti kabel yang menghubungkan rangkaian pada kontrol mobil dengan rangkaian pada kontrol pintu gerbang dimana sistem tersebut dinamakan sistem wireless. Gambar 2.12 Modul Transifer RF 433 Mhz Pada rangkaian Transifer tersebut terdapat 3 pin yaitu VCC, ground dan pin data. Dimana pin data terhubung dengan pin 11 pada mikrokontroler Arduino Uno. Data keluaran dari rangkaian Transifer tersebut berupa data digital yang berlogika 0 atau 1. Tengangan masukan untuk modul ini bernilai 5 volt DC. Sedangkan untuk receiver data output-nya high bernilai 1/2Vcc dan nilai terendahnya 0,7 volt.
18 Gambar 2.13 Modul Receiver RF 433 Mhz Ada empat pin pada rangkaian tersebut yaitu pin VCC, ground, data1 dan data2. Untuk rangkaian pintu gerbang otomatis hanya menggunakan pin data1 sebagai penerima data dari Transifer. Receiver ini memiliki batas tegangan 3-12V, dimana semakin besar nilai tegangannya semakin kuat pula penerimaan datanya. Frekuensi kerja dari modul RF 433 Mhz adalah 433 Mhz. 2.5.1 Pengujian Modul RF 4333 Mhz Pengujian modul RF 433 Mhz bertujuan untuk mengetahui apakah frekuensi kerja modul tersebut benar-benar berada pada frekuensy 433 Mhz atau bukan. Dalam hal ini pengujian dilakukan dengan menggunakan alat ukur spectrum analyzer pada saat modul pemancar dinyalakan. Spectrum analyzer akan mendeteksi spectrum frekuensy yang berada disekitarnya. Spectrum yang paling tinggi itu menunjukkan frekuensy benda yang berada disekitarnya yang paling dominan. Berikut merupakan Gambar pengujian modul RF 43 MHZ dengan menggunakan spectrum analyzer.
19 Gambar 2.14 Pengujian frekuensi 433 Mhz menggunakan alat ukur spectrum analyzer Diketahui bahwa spectrum analyzer menampilkan spectrum sinyal dengan frekusni 433 Mhz ini merupakan spectrum dari modul RF 433 Mhz. setelah melakukan pengujian ini dipastikan bahwa frekuensi kerja modul RF 433 Mhz sudah sesuai dengan apa yang ada pada datasheet.