Chapter II - USU-IR - Universitas Sumatera Utara

BAB 2
LANDASAN TEORI
2.1 Sensor
Secara umum sensor didefenisikan sebagai alat yang mampu menangkap
fenomena fisika atau kimia kemudian mengubahnya menjadi sinyal elektrik baik
arus listrik ataupun tegangan. Fenomena fisik yang mampu menstimulus sensor
untuk menghasilkan sinyal elektrik meliputi temperatur, tekanan, gaya, medan
magnet cahaya, pergerakan dan sebagainya.
Sensor adalah komponen yang digunakan untuk mendeteksi suatu besaran fisik
menjadi besaran listrik sehingga dapat dianalisa dengan rangkaian listrik tentu.
Hampir seluruh peralatan elektronik yang ada mempunyai sensor didalamnya.
Pada saat ini, sensor tersebut telah dibuat denan ukuran sangat kecil. Ukuran yang
sangat kecil ini sangat memudahkan pemakaian dan menghemat energi.
2.2 Sensor Infrared (Infra Merah)
Sensor infrared termasuk dalam kategori sensor biner yaitu sensor yang
menghasilkan output 1 atau 0 saja. Infrared Sensor (IR Sensor) dapat digunakan
untuk berbagai keperluan misalnya sebagai sensor pada robot line follower.
Pembuatan IR sensor dapat menggunakan infrared dan photodioda.
Infra Merah / Infra Red merupakan radiasi elektromagnetik yang panjang
gelombangnya lebih panjang dari cahaya yang nampak yaitu di antara 700 nm dan
1 mm, tetapi lebih pendek dari radiasi gelombang radio. Namanya berarti "bawah
merah" (dari bahasa Latin infra, "bawah"), merah merupakan warna dari cahaya
5
Universitas Sumatera Utara
tampak dengan gelombang terpanjang. Radiasi inframerah memiliki jangkauan
tiga “order” dan memiliki panjang gelombang antara 700 nm dan 1 mm.
Untuk sensor elektronik dengan menggunakan Infra Merah diperlukan
pemancar Infra Merah yang dapat menghasilkan gelombang Infra Merah dan
pendeteksi Infra Merah yang dapat mendeteksi gelombang Infra Merah. Infra
Merah adalah suatu gelombang cahaya yang mempunyai panjang gelombang
lebih tinggi dari pada cahaya merah. Tabel 2.1 menunjukkan spektrum cahaya
tampak dan cahaya Infra Merah.
Tabel 2.1 Spektrum Cahaya
Warna
Panjang Gelombang (nm)
Ungu
400
Biru
470
Hijau
565
Kuning
590
Jingga
630
Merah
780
Infra Merah
800-1000
Sinar infra merah tergolong ke dalam sinar yang tidak tampak. Jika dilihat
dengan spektroskop sinar maka radiasi sinar infra merah tampak pada spektrum
gelombang elektromagnet dengan panjang gelombang diatas panjang gelombang
sinar merah. Dengan panjang gelombang ini, sinar infra merah tidak dapat dilihat
oleh mata tetapi radiasi panas yang ditimbulkannya masih terasa. Sinar infra
6
Universitas Sumatera Utara
merah tidak dapat menembus bahan-bahan yang mana sinar tampak tidak dapat
menembusnya.
Gambar 2.1 Simbol Infra Merah
2.2.1 Karakteristik Infra Merah
1. Bentukya tidak terlihat dengan kasat mata atau mata telanjang.
2. Timbulnya diakibatkan oleh komponen-komponen pendukung seperti panas.
3. Tidak dapat menembus materi yang tidak tembus pandang.
4. Merupakan salah satu teknologi yang tembus pandang.
5. Panjang gelombang pada infra merah memiliki hubungan yang berlawanan
atau berbanding terbalik dengan suhu. Ketika suhu mengalami kenaikan,
maka panjang gelombang mengalami penurunan.
Gambar 2.2 Respon Penerimaan Sensor Infra Merah
7
Universitas Sumatera Utara
2.2.2 Jenis-Jenis Infra Merah
Sinar Infra Merah akan terlihat, jika dilihat dengan menggunakan
spektroskop cahaya dengan begitu maka radiasi cahaya infra merah akan nampak
pada spectrum elektromagnet yang mana panjang gelombang di atas panjang
gelombang cahaya merah. Dengan adanya panjang gelombang maka cahaya infra
merah yang ada, tidak akan terlihat oleh mata telanjang. Walaupun begitu radiasi
yang dihasilkan yaitu panas, akan terasa atau terdetaksi oleh kulit tubuh. Infra
Merah dapat dibedakan menjadi tiga daerah, yaitu:
1. Infra merah jarak dekat (Near Infra Red) dengan panjang gelombang 0.75 –
1.5 µm.
2. Infra merah jarak menengah (Mid Infra Red) dengan panjang gelombang
1.50 – 10 µm.
3. Infra merah jarak jauh (Far Infra Red) dengan panjang gelombang 10 – 100
µm.
2.2.3 Kegunaan Infra Merah Dalam Kehidupan
Kegunaannya dari Infra Merah dalam bidang komunikasi yaitu:
1. Terdapat system sensor Iinfra Merah yang dapat digunakan untuk
menghubungkan dua perangkat. Yang mana sinar Infra Merah merespon
Infra Merah yang dikirimkan melalui pemancar.
2. Terdapat kamera yang tembus pandang dengan menggunakan Infra Merah.
Yang mana sinar Infra Merah memang tidak dapat ditangkap dengan mata
telanjang, namun dengan menggunakan kamera digital atau hendycam sinar
8
Universitas Sumatera Utara
Infra Merah dapat tertangkap. Dengan begitu kamera digital dan handycam
akan meningkat.
3. Untuk pencitraan pandangan seperti nightscoop.
4. Digunakan untuk komunikasi jarak dekat, seperti pada remote TV.
5. Dapat digunakan sebagai alat komunikasi, yang mana jarak maximum
adalah 10 meter dan tidak ada penghalangnya.
6. Sebagai salah satu standardisasi komunikasi tanpa kabel.
Kemudian pada bidang Industri digunakan sebagai:
1.
Lampu Infra Merah, Merupakan lampu pijar yang kawat pijarnya
bersuhu di atas ±2500°K.
Pemanasan Infra Merah, Merupakan suatu kondisi ketika energi
2.
infra
merah
menyerang
sebuah
objek
dengan
kekuatan
energi
elektromagnetik yang dipancarkan di atas -273 °C (0°K dalam suhu
mutlak).
2.2.4 Kelebihan dan Kekurangan Infra Merah
Kelebihan yang dimiliki oleh infra merah dalam pengiriman data yaitu:
1.
Dapat dilakukan kapan saja, tanpa membutuhkan sinyal.
2.
Pengirimannya sangat mudah karena termasuk alat yang sederhana.
3.
Pengiriman data melalui ponsel dengan menggunakan infra Merah tidak
memakan biaya.
Adapun kelemahan yang dimiliki oleh infra merah dalam pengiriman data yaitu:
9
Universitas Sumatera Utara
1.
Pada pengiriman data dengan infra merah, kedua lubang infra merah harus
berhadapan satu sama lain. Hal ini agak menyulitkan kita dalam mentransfer
data karena caranya yang merepotkan.
2.
Infra merah sangat berbahaya bagi mata, sehingga jangan sekalipun
sorotan infra merah mengenai mata.
Pengiriman data dengan infra merah dapat dikatakan lebih lambat dibandingkan
dengan rekannya Bluetooth.
Inframerah adalah radiasi elektromagnetik dari panjang gelombang lebih
panjang dari cahaya tampak, tetapi lebih pendek dari radiasi gelombang radio.
Namanya berarti "bawah merah" (dari bahasa Latin infra, "bawah"), merah
merupakan warna dari cahaya tampak dengan gelombang terpanjang. Radiasi
inframerah memiliki jangkauan tiga "order" dan memiliki panjang gelombang
antara 700 nm dan 1 mm. Inframerah ditemukan secara tidak sengaja oleh Sir
William Herschell, astronom kerajaan Inggris ketika ia sedang mengadakan
penelitian mencari bahan penyaring optis yang akan digunakan untuk mengurangi
kecerahan gambar matahari pada teleskop tata surya.
Sinar infra merah adalah radiasi elektromagnetik dari panjang gelombang
lebih panjang dari cahaya tampak, tetapi lebih pendek dari radiasi gelombang
radio. Sinar infra merah merupakan cahaya yang tidak tampak. Radiasi infra
merah memiliki panjang gelombang antara 700 nm sampai 1 mm dan berada pada
spektrum berwarna merah. Jika dilihat dengan spektroskop cahaya maka radiasi
cahaya infra merah akan nampak pada spektrum elektromagnet dengan panjang
gelombang diatas panjang gelombang cahaya merah. Dengan panjang gelombang
10
Universitas Sumatera Utara
ini maka cahaya infra merah tidak akan tampak oleh mata namun radisi panas
yang ditimbulkannya masih terasa/ dideteksi.
Pada dasarnya komponen yang menghasilkan panas juga menghasilkan
radiasi infra merah termasuk tubuh manusia maupun tubuh binatang. Cahaya
infra merah mempunyai panjang gelombang yang sangat panjang tetapi tidak
dapat menembus bahan - bahan yang tidak dapat melewatkan cahaya yang
nampak sehingga cahaya infra merah tetap mempunyai karakteristik seperti
halnya cahaya yang nampak oleh mata.
Gambar 2.3 Infra Merah
Gambar 2.4 Simbol Infra Merah
Sifat-sifat cahaya infra merah :
1.
Tidak tampak manusia
2.
Tidak dapat menembus materi yang tidak tembus pandang
3.
Dapat ditimbulkan oleh komponen yang menghasilkan panas
11
Universitas Sumatera Utara
4.
Panjang gelombang pada inframerah memiliki hubungan yang
berlawanan atau berbanding terbalik dengan suhu. Ketika suhu
mengalami kenaikan, maka panjang gelombang mengalami penurunan
Komunikasi Infra merah dilakukan dengan menggunakan dioda infra
merah sebagai pemancar dan modul penerima infra merah sebagai penerimanya.
Untuk jarak yang cukup jauh, kurang lebih tiga sampai lima meter, pancaran data
infra merah harus dimodulasikan terlebih dahulu untuk menghindari kerusakan
data akibat noise.
Sinar infra merah yang dipancarkan oleh pemancar infra merah tentunya
mempunyai aturan tertentu agar data yang dipancarkan dapat diterima dengan
baik pada penerima. Oleh karena itu baik di pengirim infra merah maupun
penerima
infra
merah
harus
mempunyai
aturan
yang
sama
dalam
mentransmisikan (bagian pengirim) dan menerima sinyal tersebut kemudian
mendekodekannya kembali menjadi data biner (bagian penerima). Komponen
yang dapat menerima infra merah ini merupakan komponen yang peka cahaya,
dapat berupa dioda (photodioda) atau transistor (phototransistor). Komponen ini
akan merubah energi cahaya, dalam hal ini energi cahaya infra merah, menjadi
pulsa - pulsa sinyal listrik. Komponen ini harus mampu mengumpulkan sinyal
infra merah sebanyak mungkin sehingga pulsa - pulsa sinyal listrik yang
dihasilkan kualitasnya cukup baik.
Prinsip utama dari rangkaian sensor infra merah seperti layaknya sebuah saklar
yang memberikan perubahan tegangan apabila terdapat penghalang diantara
tranceiver dan receiver. Sensor ini memiliki dua buah piranti yaitu rangkaian
pembangkit/pengirim (Led Infra Merah) dan rangkaian penerima (Fotodioda).
12
Universitas Sumatera Utara
Rangkaian pembangkit/pengirim memancarkan sinar infra merah, kemudian
pancarannya diterima oleh penerima (fotodioda) sehingga bersifat menghantar
akibatnya tegangan akan jatuh sampai sama dengan tegangan ground (0). Dan
sebaliknya apabila tidak mendapat pancaran sinar infra merah maka akan
menghasilkan tegangan.
2.3 Sensor MLX90614
MLX90614 adalah termometer inframerah yang sangat berguna karena
dalam pemakaiannya tidak diperlukan kontak antara sensor dan objek yang akan
diukur. Sensor memberikan pembacaan suhu rata-rata dari semua objek yang
tercover oleh view dari sensor, sehingga tidak suhu mutlak dari sebuah objek yang
diamati. Dengan prinsip ini, maka dapat dimanfaatkan untuk mendeteksi
kehadiran ataupun perubahan suhu objek dalam range jangkaun sensor baik itu
gerakan objek ataupun kehadiran suatu objek.
The MLX90614 adalah termometer Infra Red untuk pengukuran suhu non
kontak. Kedua IR thermopile sensitif detektor Chip dan ASIC pengkondisian
sinyal yang terintegrasi dalam sama TO-39 kaleng. Diintegrasikan ke dalam
MLX90614 adalah noise amplifier rendah, 17-bit ADC dan Unit DSP kuat
sehingga mencapai akurasi yang tinggi dan resolusi termometer. Termometer
datang pabrik dikalibrasi dengan output SMBus digital memberikan akses penuh
ke suhu yang diukur pada rentang temperatur lengkap (s) dengan resolusi 0,02 °
C.
13
Universitas Sumatera Utara
Pengguna dapat mengkonfigurasi output digital menjadi PWM. Sebagai
standar, 10-bit PWM dikonfigurasi untuk terus mengirimkan suhu diukur dalam
kisaran -20 sampai 120 ° C, dengan resolusi output dari 0,14 ° C.
2.3.1 Fitur MLX90614 dan Manfaat

ukuran kecil, biaya rendah

Mudah untuk mengintegrasikan

Pabrik dikalibrasi dalam rentang temperatur yang luas: -40 ke 125 ° C
untuk suhu sensor dan -70 sampai 380 ° C untuk suhu objek.

akurasi yang tinggi dari 0,5 ° C selama rentang temperatur yang luas (0 ..
+ 50 C untuk kedua Ta dan Untuk)akurasi medis dari 0,1 ° C dalam
rentang suhu terbatas yang tersedia atas permintaan

Resolusi pengukuran 0,01 ° C

versi zona tunggal dan ganda

SMBus antarmuka digital yang kompatibel untuk pembacaan suhu cepat
dan jaringan sensor bangunan

output PWM disesuaikan untuk membaca terus menerus

Tersedia dalam versi 3V dan 5V

adaptasi sederhana selama 8 sampai 16V aplikasi

Mode hemat daya

Pilihan paket yang berbeda untuk aplikasi dan pengukuran fleksibilitas

kelas otomotif
14
Universitas Sumatera Utara
2.4 Mikrokontroller
Mikrokontroler merupakan sebuah single chip yang didalamnya telah
dilengkapi dengan CPU (Central Processing Unit), RAM (Random Acces
Memory), ROM (Read Only Memory), input dan output, timer/counter, serial com
port secara spesifik digunakan untuk aplikassi aplikasi control dan buka aplikasi
serbaguna. Dengan kata lain, Mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital
yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa
ditulis dan dihapus dengan cara khusus.
2.5 Mikrokontroler ATMega328
Uno Arduino adalah board berbasis mikrokontroler pada ATmega328
.Board ini memiliki 14 digital input / output pin (dimana 6 pin dapat digunakan
sebagai output PWM), 6 input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack
listrik tombol reset. Pin-pin ini berisi semua yang diperlukan untuk mendukung
mikrokontroler, hanya terhubung ke komputer dengan kabel USB atau sumber
tegangan bisa didapat dari adaptor AC-DC atau baterai untuk menggunakannya.
Board Arduino Uno memiliki fitur-fitur baru sebagai berikut :

1,0 pinout: tambah SDA dan SCL pin yang dekat ke pin aref dan dua
pin baru lainnya ditempatkan dekat ke pin RESET, dengan IO REF
yang memungkinkan sebagai buffer untuk beradaptasi dengan
tegangan yang disediakan dari board sistem. Pengembangannya,
sistem akan lebih kompatibel dengan Prosesor yang menggunakan
AVR, yang beroperasi dengan 5V dan dengan Arduino Karena yang
15
Universitas Sumatera Utara
beroperasi dengan 3.3V. Yang kedua adalah pin tidak terhubung,
yang disediakan untuk tujuan pengembangannya.

Circuit Reset
Gambar 2.5 Board Arduino Uno
Deskripsi Arduio UNO:
Tabel 2.2 Deskripsi Arduino Uno
Mikrokontroller
Atmega328
Operasi Voltage
5V
Input Voltage
7-12 V (Rekomendasi)
Input Voltage
6-20 V (limits)
I/O
14 pin (6 pin untuk PWM)
Arus
50 mA
Flash Memory
32KB
Bootloader
SRAM 2 KB
EEPROM
1 KB
16
Universitas Sumatera Utara
Kecepatan
16 Mhz
ATMega328 adalah mikrokontroller keluaran dari atmel yang mempunyai
arsitektur RISC (Reduce Instruction Set Computer) yang dimana setiap proses
eksekusi data lebih cepat dari pada arsitektur CISC (Completed Instruction Set
Computer).
ATMega328 merupakan mikrokontroler keluarga AVR 8 bit. Beberapa tipe
mikrokontroler yang sama dengan ATMega8 ini antara lain ATMega8535,
ATMega16, ATMega32, ATmega328, yang membedakan antara mikrokontroler
antara lain adalah, ukuran memori, banyaknya GPIO (pin input/output),
peripherial (USART, timer, counter, dll). Dari segi ukuran fisik, ATMega328
memiliki ukuran fisik lebih kecil dibandingkan dengan beberapa mikrokontroler
diatas. Namun untuk segi memori dan periperial lainnya ATMega328 tidak kalah
dengan yang lainnya karena ukuran memori dan periperialnya relatif sama dengan
ATMega8535, ATMega32, hanya saja jumlah GPIO lebih sedikit dibandingkan
mikrokontroler diatas.
Mikrokontroller ini memiliki beberapa fitur antara lain :

130 macam instruksi yang hampir semuanya dieksekusi dalam satu
siklus clock.

32 x 8-bit register serba guna.

Kecepatan mencapai 16 MIPS dengan clock 16 MHz.

32 KB Flash memory dan pada arduino memiliki bootloader yang
menggunakan 2 KB dari flash memori sebagai bootloader.
17
Universitas Sumatera Utara

Memiliki EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only
Memory) sebesar 1KB sebagai tempat penyimpanan data semi permanent
karena EEPROM tetap dapat menyimpan data meskipun catu daya
dimatikan.

Memiliki SRAM (Static Random Access Memory) sebesar 2KB.

Memiliki pin I/O digital sebanyak 14 pin 6 diantaranya PWM (Pulse Width
Modulation) output.

Master / Slave SPI Serial interface.
Mikrokontroller ATmega 328 memiliki arsitektur Harvard, yaitu
memisahkan memori untuk kode program dan memori untuk data sehingga dapat
memaksimalkan kerja dan parallelism. instruksi – instruksi dalam memori
program dieksekusi dalam satu alur tunggal, dimana pada saat satu instruksi
dikerjakan instruksi berikutnya sudah diambil dari memori program. Konsep
inilah yang memungkinkan instruksi – instruksi dapat dieksekusi dalam setiap
satu siklus clock. 32 x 8-bit register serba guna digunakan untuk mendukung
operasi pada ALU ( Arithmatic Logic unit ) yang dapat dilakukan dalam satu
siklus. 6 dari register serbaguna ini dapat digunakan sebagai 3 buah register
pointer 16-bit pada mode pengalamatan tidak langsung untuk mengambil data
pada ruang memori data.
Ketiga register pointer 16-bit ini disebut dengan register X ( gabungan
R26 dan R27 ), register Y ( gabungan R28 dan R29 ), dan register Z ( gabungan
R30 dan R31 ). Hampir semua instruksi AVR memiliki format 16-bit. Setiap
alamat memori program terdiri dari instruksi 16-bit atau 32-bit.
18
Universitas Sumatera Utara
Selain register serba guna di atas, terdapat register lain yang terpetakan
dengan teknik memory mapped I/O selebar 64 byte. Beberapa register ini
digunakan untuk fungsi khusus antara lain sebagai register control Timer/
Counter, Interupsi, ADC, USART, SPI, EEPROM, dan fungsi I/O lainnya.
Register – register ini menempati memori pada alamat 0x20h – 0x5Fh.
Instruksi – instruksi dalam memori program dieksekusi dalam satu alur
tunggal, dimana pada saat satu instruksi dikerjakan instruksi berikutnya sudah
diambil dari memori program. Konsep inilah yang memungkinkan instruksi –
instruksi dapat dieksekusi dalam setiap satu siklus clock. 32 x 8-bit register serba
guna digunakan untuk mendukung operasi pada ALU ( Arithmatic Logic unit
) yang dapat dilakukan dalam satu siklus. 6 dari register serbaguna ini dapat
digunakan sebagai 3 buah register pointer 16-bit pada mode pengalamatan tidak
langsung untuk mengambil data pada ruang memori data.
19
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.6 Gambar diagram blok ATmega328
2.5.1 Konfigurasi Pin ATmega328
ATMega328 merupakan mikrokontroler keluarga AVR 8 bit. Beberapa
tipe mikrokontroler yang sama dengan ATMega8 ini antara lain ATMega8535,
ATMega16, ATMega32, ATmega328, yang membedakan antara mikrokontroler
antara lain adalah, ukuran memori, banyaknya GPIO (pin input/output),
peripherial (USART, timer, counter, dll). Dari segi ukuran fisik, ATMega328
memiliki ukuran fisik lebih kecil dibandingkan dengan beberapa mikrokontroler
diatas. Namun untuk segi memori dan periperial lainnya ATMega328 tidak kalah
dengan yang lainnya karena ukuran memori dan periperialnya relatif sama dengan
ATMega8535, ATMega32, hanya saja jumlah GPIO lebih sedikit dibandingkan
mikrokontroler diatas.
20
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.7 Pin Mikrokontroler Atmega328
ATMega328 memiliki 3 buah PORT utama yaitu PORTB, PORTC, dan
PORTD dengan total pin input/output sebanyak 23 pin. PORT tersebut dapat
difungsikan sebagai input/outputdigital atau difungsikan sebagai periperal lainnya.
1. Port B
Port B merupakan jalur data 8 bit yang dapat difungsikan sebagai
input/output. Selain itu PORTB juga dapat memiliki fungsi alternatif
seperti di bawah ini.
a.
ICP1 (PB0), berfungsi sebagai Timer Counter 1 input capture pin.
b.
OC1A (PB1), OC1B (PB2) dan OC2 (PB3) dapat difungsikan sebagai
keluaran PWM (Pulse Width Modulation).
c.
MOSI (PB3), MISO (PB4), SCK (PB5), SS (PB2) merupakan jalur
komunikasi SPI.
d.
Selain itu pin ini juga berfungsi sebagai jalur pemograman serial
(ISP).
21
Universitas Sumatera Utara
e. TOSC1 (PB6) dan TOSC2 (PB7) dapat difungsikan sebagai
sumber clock external untuktimer.
f.
XTAL1 (PB6) dan XTAL2 (PB7) merupakan sumber clock utama
mikrokontroler.
2. Port C
Port
C merupakan
jalur
data
7
bit
yang
dapat
difungsikan
sebagai input/output digital. Fungsi alternatif PORTC antara lain sebagai
berikut.
a. ADC6 channel (PC0,PC1,PC2,PC3,PC4,PC5) dengan resolusi sebesar
10 bit. ADC dapat kita gunakan untuk mengubah input yang berupa
tegangan analog menjadi data digital
b. I2C (SDA dan SDL) merupakan salah satu fitur yang terdapat pada
PORTC.
I2C
digunakan
untuk
komunikasi
dengan
sensor
atau device lain yang memiliki komunikasi data tipe I2C seperti
sensor kompas, accelerometer nunchuck.
3. Port D
Port D merupakan jalur data 8 bit yang masing-masing pin-nya juga dapat
difungsikan sebagai input/output. Sama seperti Port B dan Port C, Port
D juga memiliki fungsi alternatif dibawah ini.
a. USART (TXD dan RXD) merupakan jalur data komunikasi serial
dengan level sinyal TTL. Pin TXD berfungsi untuk mengirimkan data
serial, sedangkan RXD kebalikannya yaitu sebagai pin yang berfungsi
untuk menerima data serial.
22
Universitas Sumatera Utara
b. Interrupt (INT0 dan INT1) merupakan pin dengan fungsi khusus
sebagai interupsihardware. Interupsi biasanya digunakan sebagai
selaan dari program, misalkan pada saat program berjalan kemudian
terjadi
interupsi hardware/software maka
program
utama
akan
berhenti dan akan menjalankan program interupsi.
c. XCK dapat difungsikan sebagai sumber clock external untuk USART,
namun kita juga dapat memanfaatkan clock dari CPU, sehingga tidak
perlu membutuhkan external clock.
d. T0 dan T1 berfungsi sebagai masukan counter external untuk timer 1
dan timer 0.
e. AIN0 dan AIN1 keduanya merupakan masukan input untuk analog
comparator.
2.6 Sensor Jarak HC-SR04
HC-SR04 adalah seri dari sensor jarak dengan gelombang ultrasonic,
dimana didalam sensor terdapat dua bagian yaitu receiver dan transmitter yang
mempunyai fungsi sebagai penghasil gelombang dan penerima gelombang
Gambar 2.8 sensor ultrasonic HC-SR04
Disamping merupakan bentuk fisik dari sensor ultrasonic HC-SR04 yang
23
Universitas Sumatera Utara
mempunyai 4 pin. satu pin VCC sebagai pin masukan tegangan dan di imbangi
pin GND untung grounding, sedangkan dau pin sisanya adalah trigger dan echo
pin yang akan mempengaruhi gelombang ultrasonic itu sendiri
Gambar 2.9 Tampilan sensor HC-SR04
Untuk menghubungkan sensor ultrasonic cukup menghubungkan pin VCC dan
GND ke +5 V dan GND arduino serta pin Trigger dan Echo terhubung dengan pin
digital arduino. lebih jelasnya lihat gambar disamping
Prinsip Kerjanya :
Gelombang ultrasonik adalah gelombang dengan besar frekuensi diatas
frekuensi gelombang suara yaitu lebih dari 20 KHz. Seperti telah disebutkan
bahwa sensor ultrasonik terdiri dari rangkaian pemancar ultrasonik yang
disebut transmitter dan rangkaian penerima ultrasonik yang disebut receiver.
Sinyal ultrasonik yang dibangkitkan akan dipancarkan dari transmitter ultrasonik.
Ketika sinyal mengenai benda penghalang, maka sinyal ini dipantulkan, dan
diterima
oleh receiver ultrasonik.
Sinyal
yang
diterima
oleh
rangkaian receiver dikirimkan ke rangkaian mikrokontroler untuk selanjutnya
diolah untuk menghitung jarak terhadap benda di depannya (bidang pantul).
Prinsip kerja dari sensor ultrasonik adalah sebagai berikut :
24
Universitas Sumatera Utara
1. Sinyal dipancarkan oleh pemancar ultrasonik. Sinyal tersebut berfrekuensi
diatas 20kHz, biasanya yang digunakan untuk mengukur jarak benda
adalah 40kHz. Sinyal tersebut di bangkitkan oleh rangkaian pemancar
ultrasonik.
2. Sinyal yang dipancarkan tersebut kemudian akan merambat sebagai sinyal
/ gelombang bunyi dengan kecepatan bunyi yang berkisar 340 m/s. Sinyal
tersebut kemudian akan dipantulkan dan akan diterima kembali oleh
bagian penerima Ultrasonik.
3. Setelah sinyal tersebut sampai di penerima ultrasonik, kemudian sinyal
tersebut akan diproses untuk menghitung jaraknya. Jarak dihitung
berdasarkan rumus :
S = 340.t/2
dimana S adalah jarak antara sensor ultrasonik dengan bidang pantul, dan t adalah
selisih waktu antara pemancaran gelombang ultrasonik sampai diterima kembali
oleh bagian penerima ultrasonik.
Sensor HC-SR04 adalah sensor pengukur jarak berbasis gelombang
ultrasonik. Prinsip kerja sesnsor ini pirip dengan radar ultrasonik. Gelombang
ultrasonik di pancarkan kemudian di terima balik oleh receiver ultrasonik. Jarak
antara waktu pancar dan waktu terima adalah representasi dari jarak objek. Sensor
ini cocok untuk aplikasi elektronik yang memerlukan deteksi jarak termasuk
untuk sensor pada robot
Sensor HC-SR04 adalah versi low cost dari sensor ultrasonic PING buatan
parallax.
Perbedaaannya
terletak
pada
pin yang digunakan.
HC-SR04
menggunakan 4 pin sedangkan PING buatan parallax menggunakan 3 pin. Pada
25
Universitas Sumatera Utara
Sensor HC-SR04 pin trigger dan output diletakkan terpisah. Sedangkan jika
menggunakan PING dari Parallax pin trigger dan output telah diset default
menjadi
satu
jalur.
Tidak
ada
perbedaaan
signifikan
dalam
pengimplementasiannya. Jangkauan karak sensor lebih jauh dari PING buatan
parllax, dimana jika ping buatan parllax hanya mempunyai jarak jangkauan
maksimal 350 cm sedangkan sensor HC-SR04 mempunyai kisaran jangkauan
maksimal
400-500cm.
Spesifikasi:

Jangkauan deteksi: 2cm sampai kisaran 400 -500cm

Sudut deteksi terbaik adalah 15 derajat

Tegangan kerja 5V DC

Resolusi 1cm

Frekuensi Ultrasonik 40 kHz

Dapat dihubungkan langsung ke kaki mikrokontroler
2.6.1 Fungsi Pin-pin HC-SR04
1. VCC = 5V Power Supply. Pin sumber tegangan positif sensor.
2. Trig = Trigger/Penyulut. Pin ini yang digunakan untuk membangkitkan
sinyal ultrasonik
3. Echo = Receive/Indikator. Pin ini yang digunakan untuk mendeteksi sinyal
pantulan ultrasonik.
4. GND = Ground/0V Power Supply. Pin sumber tegangan negatif sensor.
2.6.2 Karakteristik HC-SR04
26
Universitas Sumatera Utara

Tegangan sumber operasi tunggal 5.0 V

Konsumsi arus 15 mA

Frekuensi operasi 40 KHz

Minimum pendeteksi jarak 0.02 m (2 cm)

Maksimum pendeteksian jarak 4 m

Sudut pantul gelombang pengukuran 15 derajat

Minimum waktu penyulutan 10 mikrodetik dengan pulsa berlevel TTL

Pulsa deteksi berlevel TTL dengan durasi yang bersesuaian dengan jarak
deteksi

Dimensi 45 x 20 x 15 mm
2.7 KAPASITOR
Kondensator atau sering disebut sebagai kapasitor adalah suatu alat yang
dapat menyimpan energi di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan
ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Kondensator memiliki satuan
yang disebut Farad dari nama Michael Faraday. Kondensator juga dikenal sebagai
"kapasitor", namun kata "kondensator" masih dipakai hingga saat ini. Pertama
disebut oleh Alessandro Volta seorang ilmuwan Italia pada tahun 1782 (dari
bahasa Itali condensatore), berkenaan dengan kemampuan alat untuk menyimpan
suatu muatan listrik yang tinggi dibanding komponen lainnya. Kebanyakan bahasa
dan negara yang tidak menggunakan bahasa Inggris masih mengacu pada
perkataan bahasa Italia "condensatore", bahasa Perancis condensateur, Indonesia
dan Jerman Kondensator atau Spanyol Condensador.
27
Universitas Sumatera Utara
2.7.1 Prinsip dasar dan spesifikasi elektriknya
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 kutup negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke
ujung kutup positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif.
Muatan elektrik ini "tersimpan" selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung
kakinya. Di alam bebas, phenomena kapasitor ini terjadi pada saat terkumpulnya
muatan-muatan positif dan negatif di awan.
Gambar 2.10 prinsip dasar kapasitor
2.7.2 Kapasitansi
Kapasitansi didefenisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk
dapat menampung muatan elektron. Coulombs pada abad 18 menghitung bahwa
1 coulomb = 6.25 x 1018 elektron. Kemudian Michael Faraday membuat postulat
bahwa sebuah kapasitor akan memiliki kapasitansi sebesar 1 farad jika dengan
28
Universitas Sumatera Utara
tegangan 1 volt dapat memuat muatan elektron sebanyak 1 coulombs. Dengan
rumus dapat ditulis :
Q = CV …………….(1)
Q = muatan elektron dalam C (coulombs)
C = nilai kapasitansi dalam F (farads)
V = besar tegangan dalam V (volt)
Dalam praktek pembuatan kapasitor, kapasitansi dihitung dengan
mengetahui luas area plat metal (A), jarak (t) antara kedua plat metal (tebal
dielektrik) dan konstanta (k) bahan dielektrik. Dengan rumusan dapat ditulis
sebagai berikut :
C = (8.85 x 10-12) (k A/t) ...(2)
Berikut adalah tabel contoh konstanta (k) dari beberapa bahan dielektrik
yang disederhanakan.
Tabel 2.3 Tabel Konstanta Bahan Dielektrik
Udara vakum
k=1
Aluminium oksida
k=8
Keramik
k = 100 – 1000
Gelas
k=8
Polyethylene
k=3
Untuk rangkain elektronik praktis, satuan farads adalah sangat besar
sekali. Umumnya kapasitor yang ada di pasar memiliki satuan uF (10-6 F), nF
29
Universitas Sumatera Utara
(10-9 F) dan pF (10-12 F). Konversi satuan penting diketahui untuk memudahkan
membaca besaran sebuah kapasitor. Misalnya 0.047uF dapat juga dibaca sebagai
47nF, atau contoh lain 0.1nF sama dengan 100p
2.8 LM 7805
Regulator adalah rangkaian pembangkit tegangan yang merupakan
rangkaian catu daya. Rangkaian catu daya memberikan supply tegangan pada alat
pengendali. Rangkaian catu daya mendapatkan sumber tegangan dari PLN sebesar
220 VAC. Tegangan 220 VAC ini kemudian diturunkan menjadi 9 VAC melalui
trafo penurun tegangan. Tegangan AC 15V disearahkan oleh dioda bridge
menjadi tegangan DC. Keluaran dari dioda bridge ini kemudian masuk ke IC
regulator yang fungsinya adalah untuk menstabilkan tegangan.
IC regulator terdiri dari 10 buah IC, yaitu LM7805 yang menghasilkan tegangan
DC sebesar 5V. Oleh karena tegangan yang diperlukan pada tiap rangkaian
sama, maka rangkaian catu daya ini mempunyai 10 buah keluaran tegangan DC,
yaitu 5V yang berfungsi untuk memberi supply tegangan pada tiap rangkaian.
Kapasitor 100 nF berfungsi untuk membuang noise (gangguan) pada tegangan
DC. Pada rangkaian, untuk menyearahkan tegangan digunakan dioda bridge
karena dioda bridge mempunyai tegangan ripple yang lebih baik dibandingkan
diode jenis lain.
30
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.11. IC Regulator 7805
LM7805 adalah regulator tegangan DC positif yang hanya memiliki 3
terminal, yaitu tegangan input, ground, tegangan output. Meskipun LM7805
diutamakan dirancang untuk keluaran tegangan tetap (5V), akan tetapi ada
kemungkinan jika menggunakan komponen eksternal untuk mendapatkan
tegangan output DC: 5V, 6V, 8V, 9V, 10V, 12V, 15V, 18V, 20V , 24V.
Fitur Umum:

Sampai sekarang untuk output 1A

Output Tegangan dari 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18, hingga 24V

Melindungi suhu yang berlebih

Melindungi sirkuit pendek

Output Transistor melindungi operasi pada daerah yang dilindungi
7805 adalah regulator tegangan tiga-terminal positif. Dengan heatsinking
memadai, dapat memberikan lebih dari 0.5A arus keluaran. Aplikasi yang umum
akan mencakup lokal (on-card) regulator yang dapat menghilangkan kebisingan
dan kinerja yang rusak terkait dengan satu-titik regulasi.
7805 regulator berasal dari keluarga 78xx, terdapat rangkaian regulator tegangan
linier yang tetap terintegrasi. Keluarga 78xx adalah pilihan yang sangat populer
untuk banyak sirkuit elektronik yang membutuhkan catu daya yang diatur, karena
relatif mudah penggunaan dan murah. Ketika menentukan individu IC dalam
keluarga 78xx ini, xx diganti dengan angka dua digit, yang menunjukkan
tegangan output perangkat tertentu dirancang untuk memberikan (misalnya, 7805
regulator tegangan memiliki output 5 volt, sedangkan 7812 menghasilkan 12
volt). Garis 78xx adalah regulator tegangan positif, yang berarti bahwa mereka
31
Universitas Sumatera Utara
dirancang untuk menghasilkan tegangan yang relatif positif untuk kesamaan. Ada
garis terkait perangkat 79xx yang melengkapi regulator tegangan negatif. 79xx
78xx dan IC dapat digunakan dalam kombinasi untuk menyediakan pasokan
tegangan positif dan negatif dalam sirkuit yang sama, jika perlu.
Seri 7805 memiliki beberapa kelebihan dibandingkan regulator tegangan lains:

IC seri 7805 tidak memerlukan komponen tambahan untuk
menyediakan sumber pengaturan konstan, mudah untuk digunakan,
serta ekonomis, dan juga menggunakan sirkuit board yang efisien dan
nyata. Sebaliknya, kebanyakan regulator tegangan lain memerlukan
beberapa komponen tambahan untuk mengatur level tegangan keluaran
dan untuk membantu dalam proses regulasi. Beberapa desain lain
(seperti switching power supply) tidak hanya memerlukan sejumlah
komponen besar, tetapi juga teknik keahlian yang besar untuk
menerapkannya dengan benar.

IC seri 7805 memiliki perlindungan body pada circuit yang
memiliki banyak power. IC seri 7805 juga memiliki perlindungan
terhadap panas dan sirkuit pendek, membuat IC ini cukup kuat dalam
sebagian besar aplikasi. Dalam beberapa kasus, pada pembatas arus fitur
dari perangkat 7805 dapat memberikan perlindungan tidak hanya untuk
7805 sendiri, tetapi juga untuk bagian lain dari dalam sirkuit yang
digunakan, juga mampu mencegah komponen lain dari kerusakan.
Sistem minimum dan rangkaian lain seperti modul EG-T10 memerlukan tegangan
DC 5V untuk beroprasi. Tegangan ini bisa diperoleh langsung dari sumber
32
Universitas Sumatera Utara
tegangan baterai, tentu saja setelah melalui proses penurunan tegangan oleh
rangkaian regulator.
Rangkaian regulator berfungsi untuk menstabilkan tegangan, baik dari baterai
atau sumber tegangan lainnya. LM7805 merupakan IC regulator yang mempunyai
keluaran ±5V dan dapat bekerja dengan baik jika tegangan input (Vin) lebih besar
minimal 2,5 V dari pada tegangan output (Vout). Biasanya perbedaan tegangan
input dengan output yang direkomendasikan tertera pada datasheet komponen
tersebut. Konfigurasi kaki LM7805 dapat dilihat pada gambar berikut:
Gambar 2.12 Konfigurasi pin IC LM7805
2.9 LCD (Liquid Crystal Display)
LCD merupakan salah satu perangkat penampil yang sekarang ini mulai
banyak digunakan. Penampil LCD mulai dirasakan menggantikan fungsi dari
penampil CRT (Cathode Ray Tube), yang sudah berpuluh-puluh tahun digunakan
manusia sebagai penampil gambar/text baik monokrom (hitam dan putih),
maupun yang berwarna. Teknologi LCD memberikan keuntungan dibandingkan
dengan teknologi CRT, kaena pada dasarnya, CRT adalah tabung triode yang
digunakan
sebelum
transistor
ditemukan.
Beberapa
keuntungan
LCD
dibandingkan dengan CRT adalah konsumsi daya yang relative kecil, lebih ringan,
33
Universitas Sumatera Utara
tampilan yang lebih bagus, dan ketika berlama-lama di depan monitor, monitor
CRT lebih cepat memberikan kejenuhan pada mata dibandingkan dengan LCD.
Gambar 2.13 LCD 2x16
LCD memanfaatkan silicon atau gallium dalam bentuk Kristal cair sebagai
pemendar cahaya. Pada layar LCD, setiap matrik adalah susunan dua dimensi
piksel yang dibagi dalam baris dan kolom. Dengan demikian, setiap pertemuan
baris dan kolom adalah sebuah LED terdapat sebuah bidang latar (backplane),
yang merupakan lempengan kaca bagian belakang dengan sisi dalam yang
ditutupi oleh lapisan elektroda trasparan. Dalam keadaan normal, cairan yang
digunakan memiliki warna cerah. Daerah-daerah tertentu pada cairan akan
berubah warnanya menjadi hitam ketika tegangan diterapkan antara bidang latar
dan pola elektroda yang terdapat pad sisi dalam lempeng kaca bagian depan.
Keunggulan LCD adalah hanya menarik arus yang kecil (beberapa
microampere), sehingga alat atau sistem menjadi portable karena dapat
menggunakan catu daya yang kecil. Keunggulan lainnya adalah tampilan yang
diperlihatkan dapat dibaca dengan mudah di bawah terang sinar matahari. Di
bawah sinar cahaya yang remang-remang dalam kondisi gelap, sebuah lampu
(berupa LED) harus dipasang dibelakang layar tampilan.
LCD yang digunakan adalah jenis LCD yang mena mpilkan data dengan 2
baris tampilan pada display. Keuntungan dari LCD ini adalah :
34
Universitas Sumatera Utara
1. Dapat menampilkan karakter ASCII, sehingga dapat memudahkan untuk
membuat program tampilan.
2. Mudah dihubungkan dengan port I/O karena hanya mengunakan 8 bit data
dan 3 bit control.
3. Ukuran modul yang proporsional.
4. Daya yang digunakan relative sangat kecil.
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
RS
4
RW 5
EN 6
LCD 16x2
1
GND
3
LCD Drv
16
V-BL
10
11
12
13
11
12
13
14
2
VCC
V+BL15
+5VDC
Gambar 2.14 Konfigurasi Pin LCD
Operasi dasar pada LCD terdiri dari empat, yaitu instruksi mengakses
proses internal, instruksi menulis data, instruksi membaca kondisi sibuk, dan
instruksi membaca data. ROM pembangkit sebanyak 192 tipe karakter, tiap
karakter dengan huruf 5x7 dot matrik. Kapasitas pembangkit RAM 8 tipe karakter
(membaca program), maksimum pembacaan 80x8 bit tampilan data. Perintah
utama LCD adalah Display Clear, Cursor Home, Display ON/OFF, Display
Character Blink, Cursor Shift, dan Display Shift. Tabel 2.5 menunjukkan operasi
dasar LCD.
35
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.4 Operasi Dasar LCD
RS R/W
Operasi
0
0
Input Instruksi ke LCD
0
1
Membaca Status Flag (DB7) dan alamat counter (DB0 ke DB6)
1
0
Menulis Data
1
1
Membaca Data
Tabel 2.5 Konfigurasi Pin LCD
Pin No.
Keterangan
Konfigurasi Hubung
1
GND
Ground
2
VCC
Tegangan +5VDC
3
VEE
Ground
4
RS
Kendali RS
5
RW
Ground
6
E
Kendali E/Enable
7
D0
Bit 0
8
D1
Bit 1
9
D2
Bit 2
10
D3
Bit 3
11
D4
Bit 4
12
D5
Bit 5
13
D6
Bit 6
14
D7
Bit 7
36
Universitas Sumatera Utara
15
A
Anoda (+5VDC)
16
K
Katoda (Ground)
Tabel 2.6 Konfigurasi LCD
Pin
Bilangan biner
Keterangan
RS
0
Inisialisasi
1
Data
0
Tulis LCD / W (write)
1
Baca LCD / R (read)
0
Pintu data terbuka
1
Pintu data tertutup
RW
E
Lapisan film yang berisis Kristal cair diletakkan di antara dua lempeng
kaca yang telah ditanami elektroda logam transparan. Saat teganga dicatukan pada
beberapa pasang elektroda, molekul – molekul Kristal cair akan menyusun diri
agar cahaya yang mengenainya akan dipantulkan atau diserap. Dari hasil
pemantulan atau penyerapan cahaya tersebut akan terbentuk pola huruf, angka,
atau gambar sesuai bagian yang di aktifka.
LCD membutuhkan tegangan dan daya yang kecil sehingga sangat popular
untuk aplikasi pada kalkulator, arloji digital, dan instrument elektronika lain
seperti Global Positioning System (GPS), baragraph display dan multimeter
digital. LCD umumnya dikemas dalam bentuk Dual In Line Package (DIP) dan
mempunyai kemampuan untuk menampilkan beberapa kolom dan baris dalam
37
Universitas Sumatera Utara
satu panel. Untuk membentuk pola, baik karakter maupun gambar pada kolom
dan baris secara bersamaan digunakan metode Screening.
Metode screening adalah mengaktifkan daerah perpotongan suatu kolo dan
suatu baris secara bergantian dan cepat sehingga seolah-olah aktif semua.
Penggunaan metode ini dimaksudkan untuk menghemat jalur yang digunakan
untuk mengaktifkan panel LCD. Saat ini telah dikembangkan berbagai jenis LCD,
mulai jenis LCD biasa, Passive Matrix LCD (PMLCD), hingga Thin-Film
Transistor Active Matrix (TFT-AMLCD). Kemampuan LCD juga telah
ditingkatkan daru yang monokrom hingga yang mampu menampilkan ribuan
warna.
38
Universitas Sumatera Utara