bab ii landasan teori

 BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Alat Penutup Botol Otomatis (Automatic Bottle Capper)
Pada dasarnya alat penutup botol dengan screw atau ulir pada bagian
kepalanya banyak dijumpai pada industri-industri minuman air mineral. Mesin
tersebut dapat mengoperasikan beribu-ribu botol dalam satu hari. Mesin tersebut
menggunakan banyak aktuator untuk penggeraknya dan dikendalikan dengan
perangkat lunak yang super canggih dengan kebutuhan daya listrik yang sangat
besar. Bagi industri kecil dan menengah yang memerlukan alat penutup botol
yang lebih sederhana, tentu akan mencari cara agar dapat menemukan alat yang
dapat menutup botol secara otomatis dengan biaya yang lebih murah.
Di pasaran, terdapat alat pemutar tutup botol otomatis yang sangat sederhana
yang dioperasikan dengan cara mendekatkan alat ke bagian tutup botol, lalu
dengan sedikit tekanan, maka alat tersebut akan memutarkan penutup botol
sampai mengencang. Produk tersebut adalah ESTM Capping Machines yang
diproduksi oleh Kinnex Cappers.
Gambar 2.1. ESTM Capping Machines
Rancang Bangun Alat Penutup Botol Otomatis Berbasis Microcontroller ATmega 16.
Sub Judul : Sistem Pemutar Tutup Botol
Fitur alat ESTM Capping Machines :
•
Mengencangkan tutup botol dari ukuran 10mm hingga 70mm
•
Pengaturan torsi yang dapat disesuaikan
•
Mempunyai torsi yang presisi dan akurat
•
Besar torsi sekitar 2-45 inch.lbs
•
Decapper (membuka) dan Capper (menutup)
•
Mudah untuk diset-up dan mudah digunakan
•
Perubahan chuck yang cepat
Spesifikasi
alat :
Tabel 2.1. Spesifikasi ESTM Capping Machines
Beroperasi pada 110 ~ 120 volt, 50 Hz, or 60 Hz.
Model
Cap Range
Jarak Torsi
Tegangan
(Volt)
Frekuensi
(Hz)
ES™ 100
10mm-24mm
2-14 inch.lbs.
110 ~ 120
50/60
ES™ 200
15mm-33mm
7-18 inch.lbs.
110 ~ 120
50/60
ES™ 300
18mm-53mm
10-30 inch.lbs.
110 ~ 120
50/60
ES™ 400
24mm-70mm
12-45 inch.lbs.
110 ~ 120
50/60
Alat ini cukup diminati oleh pengguna, namun kekurangannya, alat ini tidak
dapat bekerja menutup botol tanpa operator. Maka dari itu dibutuhkan alat yang
tidak hanya dapat memutarkan tutup botol dengan baik, namun juga otomatis.
Aplikasinya sama seperti pada industri-industri besar, menggunakan conveyor
sebagai pengantar botol, namun lebih sederhana.
2.2
Motor DC
Motor DC adalah salah satu aktuator yang prinsip kerjanya adalah dengan
magnet yang menghasilkan kerja berupa putaran. Motor DC paling sering
digunakan sebagai aktuator dalam industri. Motor DC terdiri dari 2 bagian, yakni
bagian stator (bagian yang diam) dan bagian rotor (bagian yang bergerak/berputar).
Bagian stator terdiri dari :
Rancang Bangun Alat Penutup Botol Otomatis Berbasis Microcontroller ATmega 16.
Sub Judul : Sistem Pemutar Tutup Botol
•
Pelindung Mesin
Pelindung mesin memiliki fungsi sebagai tempat jalannya fluksi magnet dan
sebagai tempat pegangan bagian lain.
•
Kutub Magnet
Kutub magnet pada bagian stator berfungsi sebagai pendistribusi fluksi
magnet ke bagian rotor.
•
Belitan Kutub Magnet
Belitan kutub magnet berfungsi sebagai pembangkit fluksi magnet yang
membentuk kutub-kutub magnet.
•
Terminal
Terminal sebagai sarana atau tempat penyambungan kabel atau penghantar.
•
Bearing
Bearing sebagai bantalan luncur rotor atau sebagai alat mempertahankan
posisi rotor.
•
Sikat
Sikat sebagai sarana pendistribusian besaran arus listrik dari bagian stator ke
bagian rotor atau dari bagian rotor ke bagian stator.
Sedangkan bagian rotor, terdiri dari :
•
Inti Rotor
Inti rotor berfungsi sebagai tempat jalannya fluksi magnet dan sebagai
pemegang belitan rotor.
•
Lilitan Rotor atau Belitan Jangkar
Lilitan rotor atau belitan jangkar berfungsi sebagai tempat jalannya arus
listrik.
•
Komutator
Komutator berfungsi sebagai alat pengubah arus AC pada belitan motor
menjadi arus DC.
•
Poros Rotor
Poros rotor merupakan bagian rotor yang berfungsi sebagai tempat penjaga
posisi rotor.
Rancang Bangun Alat Penutup Botol Otomatis Berbasis Microcontroller ATmega 16.
Sub Judul : Sistem Pemutar Tutup Botol
•
Lamel
Lamel merupakan bagian dari komutator yang berfungsi sebagai untuk
menghubungkan belitan rotor ke sikat.
Dinamo
Rotor
Commutator
Kutub
Medan
Stator
Gambar 2.2. Prinsip Kerja Motor DC
Gambar di atas dapat di jelaskan sebagai berikut :
Saat koil atau lilitan dalam armature dialiri arus listrik maka armature akan
menjadi magnet, sehingga sisi armature sebelah kiri menjadi magnet kutub utara
dan sisi armature
sebelah kanan menjadi magnet kutub selatan. Akibatnya
magnet stator dan magnet rotor (armature) akan saling bertolak belakang
sehingga armature akan berputar.
Prinsip dasar motor DC didasarkan pada suatu gejala bahwa jika suatu
penghantar yang berarus dilewatkan pada magnet maka akan menghasilkan suatu
gaya gerak. Arah gerak dari penghantar tersebut ditentukan dengan kaidah tangan
kiri. Besar gaya gerak yang dihasilkan dapat dihitung melalui persamaan :
F = BIl (N) ............................................................................................ (2-1)
Dimana :
F = Gaya / force (Newton)
B = Kepadatan flux magnet (Weber)
I = Arus listrik yang mengalir (Ampere)
l = Panjang penghantar (Cm)
Apabila penghantar terletak disekeliling rotor motor DC, maka akan timbul
suatu gerak putar pada penghantar tadi. Karena gerak putar tersebut terjadi akibat
adanya pengaruh medan magnet di sekitar rotor tadi. Apabila beban yang bekerja
pada motor tidak berubah-ubah, maka timbul suatu daya (P) dengan satuan Watt,
Torsi (T) dengan satuan Nm dan kecepatan sudut ( ) dengan satuan rad/s yang dapat
dituliskan kedalam persamaan :
Rancang Bangun Alat Penutup Botol Otomatis Berbasis Microcontroller ATmega 16.
Sub Judul : Sistem Pemutar Tutup Botol
P = VxI (Watt) ...................................................................................................... (2-2)
T = (Nm) ............................................................................................................ (2-3)
=
.................................................................................................................. (2-4)
Gambar 2.3. Bentuk Fisik Motor DC
2.3
Motor Servo
Motor servo adalah sebuah motor dc yang dapat diatur torsi, sudut putar dan
kecepatannya. Di dalam motor servo terdapat rangkaian pengendali (driver)
elektronik tersendiri yang dapat mengatur dan mengendalikan kinerja motor.
Dalam kamus Oxfrod istilah “servo” diartikan sebagai “ a mechanism that control
a large mechanis “ yang artinya sebuah mekanisasi yang mengendalikan mekanis
yang lebih besar. Secara umum, motor servo harus memilki kemampuan yang
baik dalam mengatasi perubahan yang cepat dalam posisi dan kecepatan.
Motor ini terdiri dari sebuah motor, serangkaian gear, potensiometer dan
rangkaian kontrol. Potensiometer berfungsi untuk menentukan batas sudut dari
putaran servo. Sedangkan sudut dari sumbu motor servo diatur berdasarkan lebar
pulsa yang dikirim melalui kaki sinyal dari kabel motor.
Motor servo biasanya hanya bergerak mencapai sudut tertentu saja dan tidak
kontinyu seperti motor DC maupun motor stepper. Walau demikian, untuk
beberapa keperluan tertentu, motor servo dapat dimodifikasi agar bergerak
kontinyu. Motor servo yang standard memiliki spesifikasi tiga posisi yaitu posisi 0
derajat, posisi 90 derajat, dan posisi 180 derajat.
Pada dasarnya penggunaan servo itu menggunakan cara yang sama yaitu
dengan memberikan lebar pulsa tertentu, hanya salah satu perbedaannya yaitu
pada sudut putarnya. Untuk servo standard, sudut putarnya adalah 180 derajat
yang dapat dioperasikan dalam dua arah (clock wise / counter clock wise).
Rancang Bangun Alat Penutup Botol Otomatis Berbasis Microcontroller ATmega 16.
Sub Judul : Sistem Pemutar Tutup Botol
Gambar 2.4. Penampang Motor Servo
2.4
Relay
Relay adalah saklar elektrik otomatis yang didalamnya terdapat lilitan atau
induktor magnetik, yang apabila diberi tegangan akan mengakibatkan pegas pada
kontak saklar dalam relay tersebut bergerak dikarenakan adanya induksi
magnetik.
Secara prinsip, relay merupakan tuas saklar dengan lilitan kawat pada batang
besi (solenoid) di dekatnya. Ketika solenoid dialiri arus listrik, tuas akan tertarik
karena adanya gaya magnet yang terjadi pada solenoid sehingga kontak saklar
akan menutup. Pada saat arus dihentikan, gaya magnet akan hilang, tuas akan
kembali ke posisi semula dan kontak saklar kembali terbuka.
Besarnya gaya magnet bergantung dari medan di celah udara pada inti
magnet, jumlah lilitan kumparan, dan kuat arus yang mengalir. Untuk
memperbesar kuat medan magnet dibentuk sirkuit magnet. Kontak-kontak atau
kutub-kutub dari relay umumnya memiliki tiga dasar pemakaian yaitu :
1. Bila kumparan dialiri arus listrik maka kontaknya akan menutup dan
disebut sebagai kontak Normally Open (NO).
2. Bila kumparan dialiri arus listrik maka kontaknya akan membuka dan
disebut dengan kontak Normally Close (NC).
3. Tukar-sambung (Change Over/CO), jenis relay ini mempunyai kontak
tengah yang normalnya tertutup tetapi akan membuat kontak dengan
yang lain bila relay dialiri listrik.
Berikut ini adalah simbol dari relay :
Rancang Bangun Alat Penutup Botol Otomatis Berbasis Microcontroller ATmega 16.
Sub Judul : Sistem Pemutar Tutup Botol
Gambar 2.5. Simbol Relay
Relay yang beredar di pasaran saat ini, sudah dilengkapi dengan 2 keadaan
relay
yaitu pada kaki-kaki relay terdapat kontak NO dan kontak NC. Jika
dibutuhkan relay sebagai sakelar NC, maka yang dihubungkan dengan rangkaian
adalah kaki bagian NC, namun jika yang dibutuhkan adalah relay dengan kontak
NO, maka jalur dihubungkan ke kaki NO. Berikut ini adalah gambar bagian kaki
dari relay DC 5 kaki.
Pin Normally Open
(NO)
Pin Normally Close
(NC)
Pin Supply Relay
Common
Gambar 2.6. Konfigurasi Pin Relay
Dalam pemakaiannya biasanya relay yang digerakkan dengan arus DC
dilengkapi dengan sebuah dioda yang di-paralel dengan lilitannya dan
dipasang terbalik yaitu anoda pada tegangan (-) dan katoda pada tegangan (+).
Ini bertujuan untuk mengantisipasi sentakan listrik yang terjadi pada saat relay
berganti posisi dari on ke off agar tidak merusak komponen di sekitarnya.
Rancang Bangun Alat Penutup Botol Otomatis Berbasis Microcontroller ATmega 16.
Sub Judul : Sistem Pemutar Tutup Botol
2.5
Dioda
Dioda adalah komponen aktif yang mempunyai dua saluran (anoda dan
katoda).
Dioda mempunyai dua elektroda aktif dimana isyarat listrik dapat
mengalir,
dan kebanyakan dioda digunakan karena karakteristik satu arah yang
dimilikinya.
Pada umumnya dioda berfungsi sebagai penyearah dikarenakan sifat
kesearahan yang dimiliki sebagian besar jenis dioda. Fungsi umum lainnya dari
adalah mengizinkan arus listrik mengalir dalam suatu arah (disebut kondisi
dioda
bias forward) dan untuk menahan arus dari arah sebaliknya (disebut kondisi bias
reverse). Karenanya, diode dapat dianggap sebagai versi elektronik dari katup
pada transmisi cairan.
Berikut ini merupakan simbol elektronik dari dioda :
Gambar 2.7. Simbol Dioda
2.5.1. Bias Maju Dioda
Gambar 2.8. Dioda Dengan Bias Maju (Forward)
Gambar di atas merupakan gambar karakteristik dioda pada saat
diberi bias maju (bias forward). Lapisan yang melintang antara sisi P dan
sisi N diatas disebut sebagai lapisan deplesi (depletion layer), pada lapisan
ini terjadi proses keseimbangan hole dan electron. Secara sederhana cara
kerja dioda pada saat diberi bias maju adalah sebagai berikut, pada saat
dioda diberi bias maju, maka elektron akan bergerak dari terminal negatif
sumber tegangan menuju terminal positif sumber tegangan (berkebalikan
Rancang Bangun Alat Penutup Botol Otomatis Berbasis Microcontroller ATmega 16.
Sub Judul : Sistem Pemutar Tutup Botol
dengan arah arus listrik). Elektron yang mencapai bagian katoda (sisi N
dioda) akan membuat elektron yang ada pada katoda akan bergerak
menuju anoda dan membuat depletion layer akan terisi penuh oleh
elekitron, sehingga pada kondisi ini dioda bekerja seperti kawat yang
tersambung.
2.5.2. Bias Mundur Dioda
Gambar 2.9. Dioda Dengan Bias Negatif (Reverse)
Berkebalikan dengan bias maju, pada bias mundur (reverse) elektron
akan bergerak dari terminal negatif sumber tegangan menuju anoda dari
dioda (sisi P). Pada kondisi ini potensial positif yang terhubung dengan
katoda akan membuat elektron pada katoda tertarik menjauhi depletion
layer, sehingga akan terjadi pengosongan pada depletion layer dan
membuat kedua sisi terpisah. Pada bias mundur ini dioda bekerja bagaikan
kawat yang terputus dan membuat tegangan yang jatuh pada dioda akan
sama dengan tegangan supply.
2.6
Transistor
Transistor merupakan komponen semikonduktor yang biasanya digunakan
sebagai penguat dan sebagai rangkaian sakelar atau penyambung dan pemutus
rangkaian.
“Transistor dapat berfungsi sebagai semacam kran listrik, dimana
berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET),
memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit
sumber listriknya”
(wikipedia- http://id.wikipedia.org/wiki/Transistor, 2012).
Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal, yaitu Basis (B), Emitter (E)
dan Collector (C). Tegangan yang di satu terminalnya misalnya Emitor dapat
Rancang Bangun Alat Penutup Botol Otomatis Berbasis Microcontroller ATmega 16.
Sub Judul : Sistem Pemutar Tutup Botol
dipakai untuk mengatur arus dan tegangan yang lebih besar daripada arus input
Basis, yaitu pada keluaran tegangan dan arus output Kolektor.
Berikut ini merupakan simbol dari transistor :
Gambar 2.10. Simbol Transistor
Transistor merupakan komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik
modern. Dalam rangkaian analog, transistor digunakan dalam amplifier (penguat).
Rangkaian analog melingkupi pengeras suara, sumber listrik stabil (stabilisator)
dan penguat sinyal radio. Dalam rangkaian-rangkaian digital, transistor digunakan
sebagai saklar berkecepatan tinggi. Beberapa transistor juga dapat dirangkai
sedemikian rupa sehingga berfungsi sebagai logic gate, memori dan fungsi
rangkaian-rangkaian lainnya.
2.6.1. Transistor Sebagai Switching
Seperti yang telah dijelaskan di atas bahwa salah satu fungsi dari
transistor adalah sebagai sakelar. Untuk menghasilkan kondisi on/off
seperti pada saklar, transistor dioperasikan pada salah satu titik kerjanya,
titik saturasi dan cut off. Transistor akan aktif apabila diberikan arus pada
basis transistor sebesar :
IB = IB
(saturasi)..................................................................................(2-5)
Saat kondisi saturasi, transistor seperti sebuah saklar yg tertutup (on)
sehingga arus dapat mengalir dari kolektor menuju emitor. Sedangkan saat
kondisi cutoff, transistor seperti sebuah saklar yg terbuka (off) sehingga
tidak ada arus yg mengalir dari kolektor ke emitor.
Rancang Bangun Alat Penutup Botol Otomatis Berbasis Microcontroller ATmega 16.
Sub Judul : Sistem Pemutar Tutup Botol
Gambar 2.11. Rangkaian Transistor Sebagai Switching
Untuk dapat berfungsi sebagai switch,
switch, maka titik kerja transistor harus dapat
berpindah pindah dari daerah saturasi (switch dalam keadaan “on”) ke daerah
cut off (switch dalam keadaan “off”). Untuk jelasnya lihat gambar di bawah ini.
IB4
IB3
IB2
IB1
Gambar 2.12. Grafik Saturasi Transistror
Agar transistor dapat bekerja sebagai saklar, ada beberapa hal yg
harus diperhatikan diantaranya :
1. Menentukan IC
Ic adalah arus beban yang akan mengalir dari kaki kolektor ke
emitor. Besarnya arus beban ini tidak boleh lebih besar dari Ic
maksimum yang dapat dilewatkan oleh transistor. Arus beban ini
dapat dicari dengan persamaan berikut :
Syarat :
.............................................................
............................................................. (2-6)
Rancang Bangun Alat Penutup Botol Otomatis Berbasis Microcontroller ATmega 16.
Sub Judul : Sistem Pemutar Tutup Botol
2. Menentukan hfe transistor
Setelah arus beban yang akan dilewatkan pada transistor diketahui
maka selanjutnya adalah menentukan transistor yg akan dipakai
dgn syarat seperti berikut :
"#$ % & '
() *+*,() 89:
................................................... (2-7)
3. Menentukan Rb
Setelah transistor yang akan dipakai sebagai saklar ttelah
elah ditentukan
maka selanjutnya adalah menentukan hambatan pada basis (Rb).
Besarnya Rb ini dapat dicari dengan persamaan berikut:
() *+*,./
..........................................................................
.............................................................
............. (2-8)
Atau dapat pula
pula mancari Ib dengan menggunakan rumus sebagai
berikut :
0- 1 23,-404253
....................................................
................................ (2-9)
..................................
6
Untuk menentukan Rb rumusnya adalah sebagai berikut :
!
66 1 67
(6
....................................................................... (2-10)
2.6.2. Transistor 2N2222
Transistor 2N2222 adalah transistor NPN yang biasanya digunakan
untuk aplikasi pensaklaran ((switch
switching) dan penguatan linear ((linear
linear
amplification). Transistor
amplification).
Transistor 2N2222 dapat melewatkan arus maksimum
hingga 800mA, dan tegangan maksimum 40V.
Konfigurasi kaki transistor dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar 2.13. Konfigurasi Kaki Transistor 2N2222
Rancang Bangun Alat Penutup Botol Otomatis Berbasis Microcontroller ATmega 16.
Sub Judul : Sistem Pemutar Tutup Botol
Keterangan :
1. Emitter
2. Basis
3. Kolektor
Gambar 2.14. Bentuk Fisik Transistor 2N2222
Microcontroller
2.7
Microcontroller adalah suatu sistem mikroprosesor yang lengkap dan
dikemas dalam bentuk sebuah IC (single chip). IC microcontroller memiliki
perangkat penunjang seperti yang terdapat dalam mikrokomputer yaitu unit pusat
pengolahan data (Central Processing Unit), unit memori (ROM dan RAM) dan
unit I/O. Selain itu terdapat juga fasilitas -fasilitas seperti timer, counter, dan
kontrol interupsi (Interrupt Control). Secara harfiah, microcontroller dapat
dikatakan sebagai pengendali minimalis untuk sebuah sistem elektronika. Dahulu,
untuk membuat sebuah sistem elektronika dibutuhkan banyak komponen seperti
IC TTL dan CMOS, transistor, dan sebagainya, namun kini, dengan
microcontroller semua sistem terpusat pada satu IC saja. Dengan microcontroller
ini pula, sistem yang dahulunya kompleks bisa jadi lebih sederhana, murah, dan
efisien.
Seiring dengan berkembangnya zaman, maka teknologi microcontroller pun
mengalami peningkatan. ATMEL yang sebelumnya memproduksi jenis MCS, lalu
beberapa tahun kemudian mengeluarkan jenis baru yaitu AVR yang mempunyai
kecepatan kerja yang lebih tinggi dibandingkan dengan MCS.
Rancang Bangun Alat Penutup Botol Otomatis Berbasis Microcontroller ATmega 16.
Sub Judul : Sistem Pemutar Tutup Botol
Gambar 2.15. Contoh Perkembangan Microcontroller ATMEL
Pada penggunaannya, microcontroller ditempatkan pada suatu rangkaian
minimum. Sistem minimum adalah suatu rangkaian yang dirancang dengan
sistem
menggunakan komponen-komponen seminimum mungkin untuk mendukung
kerja microcontroller sesuai yang kita inginkan. Pada umumnya suatu
microcontroller membutuhkan dua elemen utama yang membentuk sebuah sistem
minimum (selain power supply). Elemen tersebut adalah kristal (XTAL) dan
rangkian RESET.
Elemen kristal (XTAL) pada sistem minimum berfungsi untuk pembangkit
data yang bersifat timer (semacam clock) atau pulsa digital. Oleh karena itu kristal
memiliki nilai frekuensi yang dapat dipilih sesuai kebutuhan.
Sedangkan elemen rangkaian reset berfungsi untuk membuat microcontroller
kembali ke setingan awal yang artinya microcontroller tersebut memulai
membaca program kembali. Rangkaian reset terdiri dari tombol push button
sebagai pembangkit reset, kapasitor sebagai anti-bouncing, dan resistor pull-up
untuk memberikan logik 1 pada tombol reset yang ditekan.
2.7.1
Microcontroller ATmega 16
Microcontroller ATmega16 secara umum memiliki CPU 8 bit,
memori, port I/O yang dapat diprogram, timer dan counter, sumber
interupt, ADC, USART, EEPROM, program serial yang dapat diprogram,
osilator dan clock. ATmega16 merupakan memori dengan teknologi
nonvolatile memory, artinya isi memori tersebut dapat diisi ulang ataupun
di hapus berulang kali. Memori ini biasa digunakan untuk menyimpan
instruksi
(perintah)
berstandar
ATmega16
code
sehingga
Rancang Bangun Alat Penutup Botol Otomatis Berbasis Microcontroller ATmega 16.
Sub Judul : Sistem Pemutar Tutup Botol
tidak
membutuhkan external memory (memori luar) untuk menyimpan sumber
kode tersebut. ATmega16 dilengkapi dengan 32 jalur I/O yang dapat
digunakan untuk mengakses data dari luar dan mengeluarkan data.
Komponen ATmega16 dibuat dengan konfigurasi pin dan set intruksinya
sesuai dengan standart industri dari keluarga microcontroller ATmega16.
Gambar berikut merupakan konfigurasi pin dari
microcontroller
ATmega16.
Gambar 2.16. Konfigurasi Pin ATMEGA16
Fungsi-fungsi tiap pin :
1.
Port B, yaitu pin nomor 1 sampai 8 (PB0-PB7)
Port I/O 8-bit dengan resistor pull-up internal tiap pin. Buffer port
B memiliki kapasitas menyerap dan mencatu. Fasilitas khusus dari
port B ini adalah adanya In-System Programming, yakni PB5
sebagai MOSI, PB6 sebagai MISO, PB7 sebagai SCK.
2. Pin nomor 9 (RESET).
3. Pin nomor 10 (VCC) sebagai tegangan supply.
4. Pin nomor 11 (GND) sebagai ground.
5. Pin nomor 12 (XTAL2) sebagai pin keluaran osilator.
6. Pin nomor 13 (XTAL1) sebagai pin masukan osilator.
7. Port D, yaitu pin nomor 14 sampai 21 (PD0..PD7) Port I/O 8-bit
dengan resistor pull-up internal tiap pin. Buffer port D memiliki
kapasitas menyerap dan mencatu. Fasilitas khusus dari port D ini
Rancang Bangun Alat Penutup Botol Otomatis Berbasis Microcontroller ATmega 16.
Sub Judul : Sistem Pemutar Tutup Botol
yakni PD0 sebagai RXD, PD1 sebagai TXD, PD2 sebagai
interrupt.
8. Port C, yaitu pin nomor 22 sampai 29 (PC0-PC7) Port I/O 8-bit
dengan resistor pull-up internal tiap pin. Buffer port C memiliki
kapasitas menyerap dan mencatu.
9. Pin nomor 30 (AVcc) AVcc adalah pin tegangan masukan untuk
A/D converter. AVcc harus dihubungkan ke Vcc walaupun ADC
tidak digunakan.
10. Pin nomor 31 (GND) dihubungkan ke ground.
11. Pin nomor 32 (AREF) sebagai pin tegangan referensi analog untuk
ADC.
12. Port A, yakni pin nomor 33 sampai 40 (PA0-PA7) Port I/O 8-bit
dengan resistor pull-up internal tiap pin. Buffer port D memiliki
kapasitas menyerap dan mencatu. Fungsi lain dari pin ini adalah
sebagai input ADC.
Gambar 2.17. Bentuk Fisik IC ATmega 16
2.8
Pemrograman BASCOM
Software aplikasi yang digunakan untuk pemrograman ATmega16 adalah
BASCOM (Basic Compiler) AVR. BASCOM AVR ini menggunakan bahasa
tingkat tinggi yang merupakan pengembangan dari bahasa Basic. Compiler ini
berfungsi untuk mengubah format program kedalam format heksadesimal agar
program yang telah dibuat dapat dimengerti oleh microcontroller.
BASCOM (Basic Compiler) AVR merupakan suatu perangkat lunak untuk
memrogram hardware yang diimplementasikan pada microcontroller jenis AVR.
Kumpulan karakter pada BASCOM terdiri dari karakter alphabet, karakter angka,
dan karakter khusus. Karakter alphabet dalam BASCOM terdiri dari huruf kapital
Rancang Bangun Alat Penutup Botol Otomatis Berbasis Microcontroller ATmega 16.
Sub Judul : Sistem Pemutar Tutup Botol
(A-Z) dan huruf kecil (a-z). Sedangkan karakter angka pada BASCOM adalah 0 9. Huruf A-H dapat digunakan sebagai bagian angka heksadesimal.
Perancangan perangkat lunak dilakukan dengan membuat deskripsi cara
kerja,
lalu membuat algoritma, dan selanjutnya membuat diagram alir terlebih
dahulu
dari perangkat lunak yang akan direalisasikan. Setelah itu baru lah
membuat program pada software BASCOM-AVR version 1.11.9.5.
2.8.1. Program “Getkbd”
Untuk pemrograman keypad dengan menggunakan software BASCOM-
AVR version 1.11.9.5. terdapat perintah “getkbd” yang berfungsi sebagai
program otomatis pembacaan keypad. Perintah “getkbd” ini berfungsi untuk
scan keypad matrix dan mengembalikan nilai dari tombol yang ditekan.
Untuk anti-bouncing keypad, digunakan perintah “debounce”. Debounce
berfungsi menghilangkan bouncing pada keypad dengan sistem waktu tunda.
Untuk nilai debounce itu sendiri,
default nya sebesar 20, untuk nilai
maksimum nya 255. Waktu tunda ini bersifat optional, bisa dipakai maupun
tidak.
2.9
Push Button
Push button adalah salah satu jenis saklar yang secara mendasar fungsinya
sama dengan semua saklar lainnya yaitu melakukan kontak nyala-padam (on-off)
dengan cara membuka dan menutup sirkuit listrik.
Push button adalah saklar yang beroperasi dengan cara ditekan, dan bisa
melakukan dua fungsi berbeda, yakni menutup sirkuit bila ditekan (Normally
Open), atau justru membuka sirkuit bila ditekan (Normally Close). Jika tekanan
dilepaskan atau terjadi tekanan berikutnya, maka akan menormalkan kembali
tombol ke posisi semula dan sirkuit kembali ke status semula.
Gambar 2.18. Simbol Saklar Push button Secara Umum
Rancang Bangun Alat Penutup Botol Otomatis Berbasis Microcontroller ATmega 16.
Sub Judul : Sistem Pemutar Tutup Botol
Ada beberapa jenis Push button, diantaranya adalah sebagai berikut :
1. PTM (push to make) switch atau NOPB (normally-open push-button)
Push button jenis ini bekerja apabila tombol ditekan maka akan menutup
sirkuit. Contoh tombol PTM atau NOPB adalah seperti yang digunakan
sebagai tombol klakson sepedamotor dan mobil.
2. PTB (push to-break) switch atau NCPB (normally-close push-button)
Push button jenis ini bekerja apabila tombol ditekan, maka akan
membuka sirkuit. Jika tekanan dilepaskan atau terjadi tekanan
berikutnya, maka akan menormalkan kembali tombol ke posisi semula
dan sirkuit kembali ke status semula. Contoh tombol PTB atau NCPB
adalah seperti yang digunakan sebagai tombol penyala lampu
penerangan-dalam pada pintu kulkas dan pintu mobil, dimana lampu
padam bila pintu ditutup dan sebaliknya menyala bila pintu dibuka.
Gambar 2.19. Macam-Macam Push Button
2.10
Keypad
Keypad terdiri dari sejumlah saklar, yang terhubung sebagai baris dan
kolom. Secara istilah, key berarti kunci atau tombol dan pad berarti alas atau papan,
sehingga
penggabungannya
menghasilkan
kata
papan
tombol.
Keypad
merupakan salah satu jenis perangkat antar muka (interface) yang umum dijumpai
pada sistem embedded atau sistem microcontroller. Keypad yang paling umum
digunakan adalah keypad matriks 4x4 atau 3x4. Fungsi kerja keypad sama dengan
tombol push button, namun dengan kombinasi baris dan kolom maka banyaknya
tombol yang digunakan dapat diefektifkan menggunakan konfigurasi matriks.
Rancang Bangun Alat Penutup Botol Otomatis Berbasis Microcontroller ATmega 16.
Sub Judul : Sistem Pemutar Tutup Botol
Gambar 2.20. Keypad Matriks
Gambar diatas adalah perangkat keras keypad. Umumnya terdapat 3 jenis
keypad matriks 4x4, antara lain :
•
Keypad Matriks 4x4 Push button
•
Keypad Matriks 4x4 Flat
•
Keypad Matriks 4x4 dengan micro switch (buatan)
Ketiga keypad tersebut memiliki rangkaian dasar seperti pada gambar
skematik, terlihat bahwa sebenarnya keypad adalah saklar-saklar yang dirancang
sedemikian rupa dengan konsep matriks, sehingga dengan penekanan tombol
tertentu akan menghubungkan kolom dengan baris tertentu, misal:
•
Saat menekan tombol 2 berarti menghubungkan Kolom 2 dengan Baris 1
•
Saat menekan tombol 6 berarti menghubungkan Kolom 3 dengan Baris 2
•
Saat menekan tombol C berarti menghubungkan Kolom 4 dengan Baris 3
•
Saat menekan tombol S* berarti menghubungkan Kolom 1 dengan Baris 4
•
Dan seterusnya
Dengan memahami konsep tersebut, maka keypad dapat dirancang sendiri
menggunakan micro switch, termasuk keyboard yang memiliki fungsi lebih
banyak dengan menambah nilai matriksnya misal keypad matriks 8x8. Untuk
aplikasi dengan microcontroller, Keypad 4x4 dapat dihubungkan dengan 1 buah
port microcontroller menggunakan sistem scanning. Karena keypad berupa saklar
yang menghubungkan pin-pin pada kaki micro memiliki tahanan 0 ohm,
sebaiknya ditambahkan resistor dengan nilai tertentu untuk mencegah kerusakan
pada mikro tersebut karena bouncing. Namun pada aplikasi pemrograman
Rancang Bangun Alat Penutup Botol Otomatis Berbasis Microcontroller ATmega 16.
Sub Judul : Sistem Pemutar Tutup Botol
BASCOM, terdapat perintah untuk anti-bouncing, yaitu perintah debounce,
sehingga dapat mencegah kerusakan pada mikro.
Gambar 2.21. Bentuk Fisik Keypad Matriks 4x4
2.11
LCD (Liquid Crystal Display)
Sarana penampil (display) jenisnya sangat beragam, contohnya seperti
Cathode Ray Tube (CRT), Liquid Crystal Display (LCD), Dot Matrix, Seven
Segment, dan lain sebagainya. Masing-masing sarana penampil tersebut memiliki
kelebihan dan kekurangan, tentu saja semuanya tergantung kepada aplikasi
penampil yang akan digunakan.
Pada alat ini digunakan sarana penampil berupa LCD karena cenderung lebih
mudah dalam aplikasinya dan dapat menampilkan karakter baik berupa huruf
maupun angka. LCD juga memiliki ukuran yang bermacam-macam, seperti LCD
dengan jumlah 1-4 baris, 16-40 karakter per baris, dan sebagainya.
Salah satu contoh LCD yang disebutkan diatas adalah LCD 2x16. Gambar
LCD 2x16 ini ditunjukkan pada gambar berikut.
Gambar 2.22. LCD 2x16
Rancang Bangun Alat Penutup Botol Otomatis Berbasis Microcontroller ATmega 16.
Sub Judul : Sistem Pemutar Tutup Botol
Pada umumnya LCD ini memiliki 16 pin yang terdiri dari delapan pin jalur
data (D0-D7), tiga pin jalur kontrol (RS, E, dan RW), pin sumber tegangan dan
ground, sebuah pin driver LCD dan dua pin backlight. Tabel berikut menunjukkan
konfigurasi
dari pin-pin LCD tersebut.
Tabel 2.2. Konfigurasi Pin LCD
Pin
Simbol
Fungsi
1
GND
Data bus line 7 (MSB) Power supply (GND)
2
Vcc
Data bus line 6 Power supply (+5V)
3
VO
Pengaturan kontras LCD
4
RS
Register Select, H = Baca, L = instruksi
5
R/W
Read/Write, H = Baca, L = tulis
6
E
Enable Signal
7
D0
Data Bit 0
8
D1
Data Bit 1
9
D2
Data Bit 2
10
D3
Data Bit 3
11
D4
Data Bit 4
12
D5
Data Bit 5
13
D6
Data Bit 6
14
D7
Data Bit 7
15
A+
Led Backlight (+)
16
A-
Led Backlight (-)
Dalam mengatur tampilan LCD diperlukan karakter generator, yaitu bentukbentuk karakter yang dapat ditampilkan. Urutan dan posisi dari karakter yang
akan ditampilkan dan pergantian ke display harus disimpan dan digabungkan
kemudian disimpan dalam RAM. Semua pengontrol tampilan ini telah dibentuk
dalam satu IC module LCD yang berfungsi menerima kode-kode karakter (8-bit
per karakter) dari suatu mikroprosesor atau komputer kemudian menyimpannya di
Display Data RAM (DD RAM).
Rancang Bangun Alat Penutup Botol Otomatis Berbasis Microcontroller ATmega 16.
Sub Judul : Sistem Pemutar Tutup Botol
Untuk menampilkan satu karakter, posisi data pada tampilan dikirim ke
register instruksi dan diikuti karakter ke register data. Modul LCD akan
menghubungkan karakter dengan pola karakter pada CG ROM dan mengirimkan
pola karakter pada display sesuai posisinya. Posisi dari tampilan dapat dikurangi
atau ditambah secara otomatis tergantung dari inisialisasi yang dilakukan sebelum
mengisi karakter. Sehingga dapat mengirimkan karakter yang berurutan (string
yang lebih dari satu karakter) dan akan ditampilkan satu string yang kontinyu.
Langkah awal sebelum menampilkan karakter pada LCD adalah melakukan
inisialisasi
untuk LCD terlebih dahulu. Inisialisasi LCD adalah hal yang
terpenting
karena apabila inisialisasi gagal maka tampilan pada LCD atau yang
akan ditampilkan pada LCD adalah karakter-karakter aneh. Tahap inisialisasi
berisi konfigurasi-konfigurasi untuk LCD yang akan digunakan. Adapun
konfigurasi yang harus diatur pada tahap inisialisasi ini adalah sebagai berikut :
•
Banyaknya bit data interface dengan MPU yang digunakan (8-bit atau 4-bit)
•
Jumlah baris pada LCD yang digunakan
•
Pergeseran kursor
•
Pergeseran tampilan
•
Kursor atau tanpa kursor, berkedip atau tidak berkedip.
2.12
Regulator
Regulator adalah rangkaian regulasi atau pengatur tegangan keluaran dari
sebuah catu daya agar efek dari naik atau turunnya tegangan jala-jala tidak
mempengaruhi tegangan catu daya sehingga menjadi stabil.
Ada 4 jenis regulator :
1. Regulator dengan Zener
2. Regulator Zener Follower
3. Regulator dengan op-amp
4. Regulator dengan IC (Integrated Circuit)
Rancang Bangun Alat Penutup Botol Otomatis Berbasis Microcontroller ATmega 16.
Sub Judul : Sistem Pemutar Tutup Botol
2.12.1. Regulator IC (Integrated Circuit)
terintegrasi yang berfungsi mengatur (membatasi) arus tegangan listrik
yang dihasilkan oleh altenator atau sumber tegangan. Sekarang mestinya
tidak perlu susah payah lagi mencari op-amp, transistor dan komponen
lainnya untuk merealisasikan rangkaian regulator karena rangkaian
semacam ini sudah dikemas menjadi satu IC regulator tegangan tetap.
IC regulator adalah suatu circuit / rangkaian elektronik yang
Salah satu metode agar dapat menghasilkan tegangan output DC stabil
adalah dengan menggunakan IC 78XX untuk tegangan positif dan IC
79XX untuk tegangan negatif dalam sistem Regulator Tegangan.
1. IC 7805 untuk menstabilkan tegangan DC +5 Volt
2. IC 7809 untuk menstabilkan tegangan DC +9 Volt
3. IC 7812 untuk menstabilkan tegangan DC +12 Volt
4. IC 7824 untuk menstabilkan tegangan DC +24 Volt
5. IC 7905 untuk menstabilkan tegangan DC -5 Volt
6. IC 7909 untuk menstabilkan tegangan DC -9 Volt
7. IC 7912 untuk menstabilkan tegangan DC -12 Volt
8. IC 7924 untuk menstabilkan tegangan DC -24 Volt
Komponen ini biasanya sudah dilengkapi dengan pembatas arus
( current limiter ) dan juga pembatas suhu ( thermal shutdown ).
Komponen ini hanya tiga pin dan dengan menambah beberapa komponen
saja sudah dapat menjadi rangkaian catu daya yang ter-regulasi dengan
baik. Misalnya 7805 adalah regulator untuk mendapat tegangan 5 volt,
7812 regulator tegangan 12 volt dan seterusnya, sedangkan seri 79XX
misalnya adalah 7905 dan 7912 yang berturut-turut adalah regulator
tegangan negatif 5 dan 12 volt.
IC regulator tersebut akan bekerja sebagai regulator tegangan DC
yang stabil jika tegangan input di atas atau sama dengan MIV (Minimum
Input
Voltage),
sedangkan
arus
maksimum
beban
output
yang
diperbolehkan harus kurang dari atau sama dengan MC (Maximum
Current) sesuai karakteristik masing-masing.
Rancang Bangun Alat Penutup Botol Otomatis Berbasis Microcontroller ATmega 16.
Sub Judul : Sistem Pemutar Tutup Botol
Tabel 2.3. Nilai MIV dan MC IC Regulator
Type
Number
78L05
78L12
78L15
Regulation Voltage
Maximum Current
+5V
+12V
+15V
0.1A
0.1A
0.1A
Minimum Input
Voltage
+7V
+14.5V
+17.5V
78M05
78M12
78M15
+5V
+12V
+15V
0.5A
0.5A
0.5A
+7V
+14.5V
+17.5V
7805
7806
7808
7812
7815
7824
+5V
+6V
+8V
+12V
+15V
+24V
1A
1A
1A
1A
1A
1A
+7V
+8V
+10.5V
+14.5V
+17.5V
+26V
78S05
78S09
78S12
78S15
+5V
+9V
+12V
+15V
2A
2A
2A
2A
+8V
+12V
+15V
+18V
Berikut ini adalah gambar rangkaian dasar regulator tegangan dengan input
DC stabil.
Gambar 2.23. Rangkaian Dasar IC Regulator
Untuk mengetahui susunan kaki IC regulator 78XX dan 79XX, dapat dilihat
dari gambar berikut :
Rancang Bangun Alat Penutup Botol Otomatis Berbasis Microcontroller ATmega 16.
Sub Judul : Sistem Pemutar Tutup Botol
Gambar 2.24. Susunan Kaki IC Regulator 78XX
Keterangan :
1. INPUT
2. GND
3. OUTPUT
Gambar 2.25. Susunan Kaki IC Regulator 79XX
Keterangan :
1. GND
2. INPUT
3. OUTPUT
Gambar 2.26. Bentuk Fisik IC Regulator
Rancang Bangun Alat Penutup Botol Otomatis Berbasis Microcontroller ATmega 16.
Sub Judul : Sistem Pemutar Tutup Botol