BAB II LANDASAN TEORI Pada bab ini penulis akan membahas teori teori dasar yang digunakan untuk merealisasikan suatu alat pengawas kecepatan pada forklift berbasis mikrokontroler. 2.1 Gerak Melingkar Beraturan (GMB) Gerak melingkar beraturan adalah gerak suatu benda yang membentuk suatu lingkaran dengan kecepatan sudut yang tetap. Apabila suatu benda bermassa m yang diikat pada seutas tali yang panjangnya r. Bola diputar vertikal, sehingga benda mengalami gerak melingkar seperti tampak pada Gambar 2.1 Gambar 2.1 Gerak Melingkar Beraturan 2.1.1 Kecepatan Rotasi Kecepatan rotasi atau sering disebut kecepatan sudut ω adalah suatu besaran vektor yang merupakan perubahan sudut terhadap waktu[4] (Persamaan 2.1). Kecepatan sudut mempunyai arah vektor tegak lurus dengan jari-jari rotasi, dalam arah yang disebut kaidah tangan kanan. Kecepatan sudut menjelaskan laju dan orientasi 5
6 rotasi suatu benda pada sumbunya. Arah vektor kecepatan sudut berimpit dengan sumbu rotasi pada Gambar 2.2 (rotasi berlawanan arah jarum jam) vektor naik. = d d (2.1) dimana: = kecepatan sudut (radian/ detik) dθ dt = perubahan sudut (radian) = perubahan waktu (detik) Gambar 2.2 Kecepatan Rotasi Kecepatan sudut suatu benda pada saat melakukan gerakan satu putaran penuh sebesar 2π rad atau 360 derajat, dirumuskan pada Persamaan 2.2. = (2.2) dimana: = kecepatan sudut (radian/ detik) = periode (detik)
7 2.1.2 Kecepatan Linear Kecepatan linear didefinisikan sebagai hasil bagi panjang lintasan linear yang ditempuh dengan selang waktu tempuhnya. Apabila benda bergerak melingkar beraturan seperti yang dapat dilihat pada Gambar 2.3, lintasan benda tersebut adalah sepanjang keliling lingkaran (2 π r). Adapun periode yaitu waktu yang diperlukan untuk bergerak satu lingkaran penuh. Oleh karena itu, besar kecepatan linear pada gerak melingkar beraturan dapat dinyatakan oleh Persamaan 2.3. Gambar 2.3 Kecepatan Linear pada Gerak Melingkar Beraturan = (2.3) dimana: = kecepatan linear (meter/ detik) = jari-jari (meter) = periode (detik) Dari Persamaan-Persamaan diatas didapatkan hubungan antara kecepatan sudut dengan kecepatan linear pada gerak melingkar beraturan yang dapat dilihat pada Persamaan 2.4. = (2.4)
8 dimana: = kecepatan linear (meter/ detik) = kecepatan sudut (radian/ detik) = jari-jari (meter) 2.2 Mikrokontroler ATMega32 Pada perancangan alat ini digunakan mikrokontroler AVR (Alf and Vegard s Risc processor) yang berjenis ATmega32 yang merupakan IC (Integrated Circuit) mikrokontroler buatan Atmel Corporation. AVR ini menggunakan arsitektur Havard dimana kode program dan data disimpan dalam memori secara terpisah. Kedua jenis memori yang berbeda ini adalah: EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) dan SRAM (Static Random Access memory). EEPROM umumnya digunakan untuk menyimpan data data program yang bersifat permanen atau semi permanen (non volatile), sedangkan SRAM digunakan untuk menyimpan data variabel yang dimungkinkan berubah setiap saat (volatile). Selain mempunyai arsitektur yang lebih terlindungi mikrokontroler ATMega32 juga ditunjang dengan fasilitas fasilitas sebagai berikut : 1. 32k byte Downloadable Flash Memory yang digunakan untuk penulisan program dalam bentuk bahasa C. 2. 1024k byte EEPROM (Electrically Eraseable and Programmable Read Only Memory) yang dapat digunakan sebagai penyimpan data. EEPROM ini mempunyai keunggulan data tidak akan hilang walaupun catu daya dimatikan. 3. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya. 4. GND merupakan pin ground.
9 5. Memilki 32 I/O (input/output) yang dapat dipakai semua. I/O terdiri dari 4 buah port. 6. Port A [PA0 PA7] merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC. 7. Port B [PB0 PB7] merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu Timer / Counter, komparator analog dan SPI. 8. Port C [PC0 PC7] merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu komparator analog dan Timer. 9. Port D [PD0 PD7] merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu komparator analog, interupsi ekstemal, dan komunikasi serial. 10. RESET, digunakan untuk melakukan reset mikrokontroler. 11. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal. Gambar 2.4 Pin AVR ATMega32 Pada Gambar 2.4 dapat dilihat konfigurasi pin pada AVR ATMega32.
10 2.3 Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory (EEPROM) EEPROM yang digunakan pada tugas akhir ini adalah AT24C64 (EEPROM 64 kbit). Berikut fitur yang dimiliki oleh EEPROM AT26C64 : Waktu akses baca sangat cepat yaitu 50 ns. Proteksi data secara hardware. Menggunakan 2 jalur dalam komunikasi secara serial (SDA dan SCL). Transfer data protocol bersifat bidirectional. Waktu akses tulis yang sangat cepat Page write cycle time maksimum 10 ms. 1 sampai 8 Byte page write operation. Beroperasi pada low-voltage dan standart-voltage. Versi 2.7 (Vcc = 2.7V 5.5V). Versi 1.8 (Vcc = 1.8V 5.5V). Keandalan teknologi yang tinggi. Daya tahan pada AT24C64 adalah 1 juta write cycles. Lama penyimpanan data selama 100 tahun. ESD Protection lebih dari 3000V. Bekerja pada temperature industrial dan komersial. Maksimal 8 Device addres inputs. EEPROM AT24C64 memiliki jumlah sebanyak 8 pin. Berikut adalah penjelasan dari pin AT24C64: Serial Clock (SCL) menggunakan sinyal positif untuk memasukan data kedalam EEPROM dan menggunakan sinyal negatif untuk mengeluarkan data.
11 Serial Data (SDA) memiliki jalur yang dapat digunakan dalam dua arah transfer data secara serial. Device Addresses (A0, A1, A2) merupakan pin sebagai alamat device dari AT24C64 dan maksimal alamat yang dapat digunakan adalah 8 alamat. Write Protect (WP) merupakan pin perlindungan data secara hardware, bila pin WP diberikan Vcc, maka akan menjalankan fungsi perlindungan data pada AT24C64. Gambar 2.5 Konfigurasi Pin pada AT24C64[5] Tabel 2.1 Deskripsi Pin AT24C64[5]. 2.4 Real Time Clock (RTC) RTC yang digunakan dalam alat ini adalah DS1307 yang merupakan IC dengan komunikasi secara serial melalui dua kabel bi-directional bus. RTC mempunyai sumber clock sendiri dan internal baterai untuk menyimpan waktu dan tanggal apabila mikrokontroler mati.
12 Gambar 2.6 Konfigurasi Pin DS1307[6] Penjelasan masing masing pin sebagai berikut: Pin 1 2 : X1 dan X2, terhubung dengan Kristal osilator 32,768 khz. Pin 3 Pin 4 Pin 5 Pin 6 Pin 7 : Vbat, masukan standar baterai 3 volt. : GND, terhubung ke Ground. : SDA (Serial Data Input / Output). : SCL (Serial Clock Input). : SQW/ OUT (Square Wave Output Drive). Pin 8 : VCC, catu daya IC sebesar 5 V. 2.5 Sensor Inductive Proximity Proximity sensing adalah teknik pendeteksi dari keberadaan suatu obyek tanpa sentuhan fisik. Inductive proximity sensor digunakan sebagai pengganti limit switch untuk mendeteksi keberadaan suatu obyek logam. Inductive proximity sensor beroperasi dengan menggunakan prinsip induktansi. Induktansi merupakan suatu keadaan dimana terjadi suatu fluktuasi arus listrik yang mengalir pada sebuah bahan magnetik dari sebuah obyek/ target berupa logam.
13 Gambar 2.7 Inductive Proximity sensor[7] Inductive proximity sensor terdiri atas empat elemen dasar seperti terlihat pada Gambar 2.7. Keempat elemen pada Inductive proximity sensor tersebut adalah: 1. Induction coil 2. Oscillator circuit 3. Detection circuit 4. Output circuit Oscillator circuit menghasilkan frekuensi yang dilewatkan ke sensor coil yang berupa kumparan. Saat tegangan dari oscillator circuit bernilai nol, sensor coil akan menyimpan arus karena efek induktansi dari sebuah kumparan. Besarnya arus yang disimpan oleh induktor tergantung besarnya induktansi dari induktor tersebut. Jika ada obyek berupa logam didekatkan pada sebuah induktor/ kumparan tersebut, maka induktansi dari induktor tersebut akan berubah yang menyebabkan arus induksi berubah pula. Perubahan besarnya arus induksi ini dideteksi oleh detection circuit dan kemudian diumpankan ke output circuit.
14 2.6 Forklift Forklift adalah suatu alat bantu yang berfungsi untuk menaikkan atau menurunkan barang dan memindahkan barang dari suatu tempat ke tempat lain. Forklift mempunyai kegunaan yang luas dan biasanya digunakan untuk menangani material unit load. Pada bagian depan forklift terdapat dua buah batang logam yang menyerupai garpu untuk menahan beban yang diangkat dan digunakan sistem hydraulic untuk mengangkat beban. 2.6.1 Ignition Switch Pada sistem pengapian dan untuk memutus-hubungkan sumber catu daya pada terminal fuse komponen elektrik pada forklift dibutuhkan ignition switch atau kunci kontak. Ignition switch pada forklift mempunyai sistem yang sama seperti kendaraan bermotor beroda empat pada umumnya yang mempunyai tiga posisi (OFF,ACC,ON) seperti yang dapat dilihat pada Gambar 2.8. Ignition switch pada posisi OFF akan mematikan mesin dan memutus sumber catu daya pada terminal fuse komponenkomponen elektrik pada forklift, ignition switch pada posisi ACC akan menghubungkan sumber catu daya pada terminal fuse yang memberikan akan catu daya pada komponen elektrik, sedangkan ignition switch pada posisi ON berfungsi menghubungkan sumber catu daya dengan koil pengapian untuk menghidupkan mesin.
15 Gambar 2.8 Diagram sistem Ignition Switch[8] 2.6.2 Accu Accu atau adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi listrik yang dihasilkan dari penyimpanan melalui proses kimia. Accu (Gambar 2.9) merupakan sumber catu daya pada sistem kelistrikan pada forklift. Pada umumnya accu yang digunakan pada forklift yaitu accu dengan tegangan keluaran 12V. Di dalam accu terdapat sel-sel yang jumlahnya menyesuaikan jenis accu, misalnya accu 6V mempunyai tiga buah sel (masing-masing sel menghasilkan tegangan ±2,1V) dan accu 12V mempunyai 6 buah sel yang berhubungan secara seri. Pada setiap sel terdiri dari dua buah pelat yaitu pelat positif dan pelat negatif yang terbuat dari timbal atau timah hitam (Pb) dan disusun bersebelahan antara pelat positif dan pelat negatif. Di antara pelat-pelat tersebut, dipasang pemisah (separator) non konduktor dengan jumlah pelat negatif lebih banyak daripada pelat positif untuk setiap selnya.
Gambar 2.9 Konstruksi Accu[9] 16