KATA PENGANTAR

BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Sensor Posisi (limit switch)
Limit switch merupakan jenis saklar yang dilengkapi dengan katup yang
berfungsi menggantikan tombol. Prinsip kerja limit switch sama seperti saklar
Push ON yaitu hanya akan menghubung pada saat katupnya ditekan pada batas
penekanan tertentu yang telah ditentukan dan akan memutus saat katup tidak
ditekan. Limit switch termasuk dalam kategori sensor mekanis yaitu sensor yang
akan memberikan perubahan elektrik saat terjadi perubahan mekanik pada sensor
tersebut. Penerapan dari limit switch adalah sebagai sensor posisi suatu benda
(objek) yang bergerak. Simbol limit switch ditunjukan pada gambar berikut:
Gambar 2.1 . Simbol dan bentuk limit switch
Limit switch umumnya digunakan untuk : Memutuskan dan menghubungkan
rangkaian menggunakan objek atau benda lain. Menghidupkan daya yang besar,
dengan sarana yang kecil. Sebagai sensor posisi atau kondisi suatu objek.
Prinsip kerja limit switch diaktifkan dengan penekanan pada tombolnya pada
batas/daerah yang telah ditentukan sebelumnya sehingga terjadi pemutusan atau
penghubungan rangkaian dari rangkaian tersebut. Limit switch memiliki 2 kontak
yaitu NO (Normally Open) dan kontak NC (Normally Close) dimana salah satu
kontak akan aktif jika tombolnya tertekan.
Konstruksi dan simbol limit switch dapat dilihat seperti gambar di bawah:
Gambar 2.2 Konstruksi dan simbol limit switch
4
2.2
Motor DC
Motor DC merupakan sebuah perangkat elektromagnetis yang mengubah
energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk,
misalnya, memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor,
mengangkat bahan, dll. Motor listrik digunakan juga di rumah seperti: mixer, bor
listrik,fan,angin.
Keuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan, yang tidak
mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor ini dapat dikendalikan dengan
mengatur:
• Tegangan dinamo – meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan
kecepatan
• Arus medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan.
Motor arus searah, sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung yang tidak
langsung/direct-unidirectional. Motor DC digunakan pada penggunaan khusus
dimana diperlukan penyalaan torque yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk
kisaran kecepatan yang luas.
Gambar 2.3 Bentuk Fisik Motor DC
2.2.1 Komponen Utama Motor DC
Gambar 2.4 Komponen Utama Motor DC
5
1. KutubMedan
Kutub medan digambarkan sebagai interaksi dua kutub magnet akan
menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub
medan yang stasioner dan dinamo yang menggerakan bearing pada ruang
diantara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan:
kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar melintasi
bukaan diantara kutub-kutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih
besar atau lebih komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet.
Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya dari luar sebagai
penyedia struktur medan.
2. Dinamo
Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus ini akan menjadi
elektromagnet. Dinamo yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as
penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor DC yang kecil,
dinamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub,
sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi,
arusnya berbalik untuk merubah kutub-kutub utara dan selatan dinamo.
3. Komutator
Komutator terdapat terutama dalam motor DC. Kegunaannya adalah untuk
membalikan arah arus listrik dalam dinamo. Commutator juga membantu
dalam transmisi arus antara dinamo dan sumber daya. Selain itu komutator
berfungsi untuk menyearahkan tegangan yang dihasilkan rotor menjadi
tegangan DC.
2.2.2 Prinsip Kerja Motor DC
Gambar 2.5 Prinsip Kerja Motor DC
6
Motor DC memerlukan suplai tegangan yang searah pada kumparan medan
untuk diubah menjadi energi mekanik. Bagian utama motor DC adalah statos dan
rotor dimana kumparan medan pada motor dc disebut stator (bagian yang tidak
berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Bentuk
motor paling sederhana memiliki kumparan satu lilitan yang bisa berputar bebas di
antara kutub-kutub magnet permanen. Catu tegangan dc dari baterai menuju ke
lilitan melalui sikat yang menyentuh komutator, dua segmen yang terhubung
dengan dua ujung lilitan. Kumparan satu lilitan pada gambar di atas disebut angker
dinamo. Angker dinamo adalah sebutan untuk komponen yang berputar di antara
medan magnet.
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.
2.3
Buzzer
Rangkaian Buzzer atau yang biasa disebut sebagai rangkaian alarm
pengingat pesan dan tanda pastinya sudah sering ditemukan di beberapa perangkat
elektronik di pasar. Pada era teknologi modern ini, pastinya alarm sudah tersedia
di beberapa perangkat elektronik seperti ponsel dan juga jam memiliki alarm
sebagai tanda peringatan. Rangkaian alarm atau tanda pengingat ini sudah menjadi
salah satu penunjang penting dan tidak dapat dipisahkan di beberapa perangkat
elektronik tersebut.
Gambar 2.6 Simbol dan Bentuk Fisik buzzer
Rangkaian tanda pengingat ini berfungsi untuk mendeteksi gerakan dan
juga cahaya yang bisa membantu Anda mencegah kasus pencurian. Pada skema
7
rangkaian buzzer ini terdapat komponen penting yaitu Timer IC NE 555. Untuk
komponen R4 LDR memiliki fungsi untuk mendeteksi atau melakukan
penginderaan cahaya yang berada di sekitar ruangan di dekat rangkaian tersebut.
Manfaat utama komponen LDR ini adalah cara menerima cahaya yang masuk.
Apabila cahaya terang, tingkat resistensi dari LDR ini akan rendah dan tidak
membuat rangkaian tersebut mengalirkan arus ke arah buzzer atau speaker yang
terdapat di dalam rangkaian tersebut.
Hal kebalikannya justru terjadi jika LDR menerima cahaya rendah atau
gelap sama sekali. Hasilnya, tingkat resistansi menjadi lebih tinggi sehingga bisa
menimbulkan aliran ke arah komponen buzzer. Bersamaan dengan keadaan tingkat
resistansi yang tinggi, nantinya komponen IC akan terpicu dan mendorong buzzer
untuk menghasilkan suara yang nyaring dan mendeteksi adanya gangguan.
Rangkaian ini juga bisa menggunakan cahaya sebagai alat pengaktifannya jika
relay dan juga transistor terhubung dengan pin 3 atau output dari IC 1.
2.4
Mikrokontroller ATMega 8
2.4.1
Arsitektur Mikrokontroller ATMega 8
AVR merupakan salah satu jenis mikrokontroler yang di dalamnya
terdapat berbagai macam fungsi. Perbedaannya pada mikro yang pada umumnya
digunakan seperti MCS51 adalah pada AVR tidak perlu menggunakan oscillator
eksternal karena di dalamnya sudah terdapat internal oscillator. Selain itu
kelebihan dari AVR adalah memiliki Power-On Reset, yaitu tidak perlu ada
tombol reset dari luar karena cukup hanya dengan mematikan supply, maka secara
otomatis AVR akan melakukan reset. Untuk beberapa jenis AVR terdapat
beberapa fungsi khusus seperti ADC, EEPROM sekitar 128 byte sampai dengan
512 byte.
AVR ATmega8 adalah mikrokontroler CMOS 8-bit berarsitektur AVR
RISC yang memiliki 8K byte in-System Programmable Flash. Mikrokontroler
dengan konsumsi daya rendah ini mampu mengeksekusi instruksi dengan
kecepatan maksimum 16MIPS pada frekuensi 16MHz. Jika dibandingkan dengan
ATmega8L perbedaannya hanya terletak pada besarnya tegangan yang diperlukan
untuk bekerja. Untuk ATmega8 tipe L, mikrokontroler ini dapat bekerja dengan
8
tegangan antara 2,7 - 5,5 V sedangkan untuk ATmega8 hanya dapat bekerja pada
tegangan antara 4,5 – 5,5 V.
2.4.2 Konfigurasi Pin ATMega 8
Gambar 2.7 Konfigurasi Pin ATMega 8
ATmega8 memiliki 28 Pin, yang masing-masing pin nya memiliki fungsi yang
berbeda-beda baik sebagai
port maupun fungsi yang lainnya.
Berikut akan
dijelaskan fungsi dari masing-masing kaki ATmega8.
a. VCC
Merupakan supply tegangan digital.
b. GND
Merupakan ground untuk semua komponen yang membutuhkan grounding.
c. Port B (PB7...PB0)
Di dalam Port B terdapat XTAL1, XTAL2, TOSC1, TOSC2. Jumlah Port B
adalah 8 buah pin, mulai dari pin B.0 sampai dengan B.7. Tiap pin
dapat digunakan sebagai input maupun output. Port B merupakan sebuah
8-bit bi-directional I/O dengan internal pull-up resistor. Sebagai input, pinpin 7 yang terdapat pada port B yang secara eksternal diturunkan, maka
akan mengeluarkan arus jika pull-up resistor diaktifkan. Khusus PB6
dapat digunakan sebagai input Kristal (inverting oscillator amplifier) dan
input ke rangkaian clock internal, bergantung pada pengaturan Fuse bit
yang digunakan untuk memilih sumber clock. Sedangkan untuk PB7
dapat digunakan
sebagai output Kristal
(output
oscillator amplifier)
bergantung pada pengaturan Fuse bit yang digunakan untuk memilih sumber
9
clock. Jika sumber clock yang dipilih dari oscillator internal, PB7 dan
PB6
dapat digunakan sebagai I/O atau jika menggunakan Asyncronous
Timer/Counter 2 maka PB6 dan PB7 (TOSC 2 dan TOSC 1) digunakan
untuk saluran input timer.
d. Port C (PC5…PC0)
Port C merupakan sebuah 7-bit bi-directional I/O port yang di dalam masingmasing pin terdapat pull-up resistor. Jumlah pin nya hanya 7 buah mulai dari
pin C.0 sampai dengan pin C.6. Sebagai keluaran/output port C memiliki
karakteristik yang sama dalam hal menyerap arus (sink) ataupun
mengeluarkan arus (source).
e. RESET/PC6
Jika RSTDISBL Fuse diprogram, maka PC6 akan berfungsi sebagai pinI/O.
Pin ini memiliki karakteristik yang berbeda dengan pin-pinyang terdapat
pada port C lainnya. Namun jika RSTDISBL Fuse tidak diprogram, maka
pin ini akan berfungsi sebagai input reset. Dan jika level tegangan yang
masuk ke pin ini rendah dan pulsa yang ada lebih pendek dari pulsa 8
minimum, maka akan menghasilkan suatu kondisi reset meskipun clock-nya
tidak bekerja.
f. Port D (PD7…PD0)
Port D merupakan 8-bit bi-directionalI/O dengan internal
pull-upresistor.
Fungsi dari port ini sama dengan port-port yang lain. Hanya saja pada port ini
tidak terdapat kegunaan-kegunaan yang lain. Pada portini hanya berfungsi
sebagai masukan dan keluaran saja atau biasa disebut dengan I/O.
g. AVcc
Pin ini berfungsi sebagai supply tegangan untuk ADC. Untuk pin ini
harus dihubungkan secara terpisah dengan VCC karena pin ini digunakan
untuk analog saja. Bahkan jika ADC pada AVR tidak digunakan tetap
saja disarankan untuk menghubungkannya secara terpisah dengan VCC.
Jika ADC digunakan, maka AVcc harus dihubungkan ke VCC melalui low
pass filter.
h. AREF
Merupakan pin referensi jika menggunakan ADC.
10
Gambar 2. 8 Bentuk Fisik ATmega8
Pada AVR status register mengandung beberapa informasi mengenai
hasil dari kebanyakan hasil eksekusi instruksi aritmatik. Informasi ini digunakan
untuk altering arus program sebagai kegunaan untuk meningkatkan performa
pengoperasian. Register ini di-update setelah operasi ALU (Arithmetic Logic
Unit) hal tersebut seperti yang tertulis dalam data sheet khususnya pada
bagian Instruction Set Reference. Dalam hal ini untuk beberapa kasus dapat
membuang penggunaan
kebutuhan
instruksi
perbandingan
yang
telah
didedikasikan serta dapat menghasilkan peningkatan dalam hal kecepatan dan
kode yang lebih sederhana dan singkat. Register ini tidak secara otomatis
tersimpan
ketika memasuki
sebuah
rutin
interupsi
dan
juga
ketika
menjalankan sebuah perintah setelah kembali dari interupsi. Namun hal
tersebut harus dilakukan melalui software. Berikut adalah gambar status register.
• Bit 7(I)
Gambar 2.9 Status Register ATMega 8
Merupakan bit Global Interrupt Enable. Bitini harus di-set agar semua
perintah interupsi dapat dijalankan. Untuk perintah interupsi individual akan di
jelaskan pada bagian yang lain. Jika bit ini di-reset, maka semua perintah
interupsi baik yang individual maupun yang secara umum akan di
11
abaikan. Bit ini akan dibersihkan atau clear oleh hardware setelah sebuah
interupsi di jalankan dan akan di-set kembali oleh perintah RETI. Bit ini juga
dapat diset dan di-reset melalui aplikasi dan intruksi SEI dan CLL.
• Bit 6(T)
Merupakan bit Copy Storage. Instruksi bit Copy Instructions BLD (Bit Load)
and BST (Bit Store) menggunakan bit ini sebagai asal atau tujuan untuk bit
yang telah dioperasikan. Sebuah bit dari sebuah register dalam Register File
dapat disalin ke dalam bit ini dengan menggunakan instruksi BST, dan
sebuah bit di dalam bit ini dapat disalin ke dalam bit di dalam register pada
Register File dengan menggunakan perintah BLD.
• Bit 5(H)
Merupakan bit Half Carry Flag. Bit ini menandakan sebuah Half Carry
dalam beberapa operasi aritmatika. Bit ini berfungsi dalam aritmatika BCD.
• Bit 4(S)
Merupakan Sign bit. Bit ini selalu merupakan sebuah ekslusif di antara
Negative Flag(N) dan two’s Complement Overflow Flag (V).
• Bit 3(V)
Merupakan bit Two’s Complement Overflow Flag. Bit ini menyediakan
fungsi aritmatika dua komplemen.
• Bit 2(N)
Merupakan bit Negative Flag. Bit ini mengindikasikan sebuah hasil negative di
dalam sebuah fungsi logika atai aritmatika.
• Bit 1(Z)
Merupakan bit Zero Flag. Bit ini mengindikasikan sebuah jasil nol “0” dalam
sebuah fungsi aritmatika atau logika.
• Bit 0(C)
Merupakan bit Carry Flag. Bit ini mengindikasikan sebuah Carry atau sisa
dalam sebuah aritmatika atau logika.
12
2.4.3
Memori AVR ATMega
Gambar 2.10 Peta Memori Atmega 8
Memori atmega terbagi menjadi tiga yaitu :
1.
Memori Flash
Memori flash adalah memori ROM tempat kode-kode program berada.
Kata flash menunjukan jenis ROM yang dapat ditulis dan dihapus
secara elektrik. Memori flash terbagi menjadi dua bagian yaitu bagian
aplikasi dan bagian boot. Bagian aplikasi adalah bagian kode-kode
program apikasi berada.
Bagian boot adalah bagian yang digunakan
khusus untuk booting awal yang dapat diprogram untuk menulis bagian
aplikasi
tanpa
melalui programmer/downloader, misalnya melalui
USART.
2.
Memori Data
Memori data adalah memori RAM yang digunakan untuk keperluan
program. Memori data terbagi menjadi empat bagian yaitu :
13
32 GPR (General Purphose Register) adalah register khusus yang bertugas
untuk membantu eksekusi program oleh ALU (Arithmatich Logic
Unit), dalam instruksi assembler setiap instruksi harus melibatkan
GPR. Dalam bahasa C biasanya digunakan untuk variabel global atau
nilai balik fungsi dan nilainilai yang dapat memperingan kerja ALU.
Dalam istilah processor komputer sahari-hari GPR dikenal sebagai “chace
memory”.
I/O register dan Aditional I/O register adalah register yang difungsikan
khusus
untuk
mikrokontroler
mengendalikan
seperti pin
port,
berbagai
timer/counter,
pheripheral dalam
usart dan lain-lain.
Register ini dalam keluarga mikrokontrol MCS51 dikenal sebagai
SFR(Special Function Register).
3.
EEPROM
EEPROM adalah memori data yang dapat mengendap ketika chip mati
(off),
digunakan
untuk
keperluan
penyimpanan
terhadap gangguan catu daya.
2.5
Relay
2.5.1
Teori Relay
Gambar 2.11 Bentuk dan simbol relay
14
data
yang tahan
Kontak Poin (Contact Point) Relay terdiri dari 2 jenis yaitu :
•
Normally Close (NC) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu
berada di posisi CLOSE (tertutup)
•
Normally Open (NO) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu
berada di posisi OPEN (terbuka)
Karena Relay merupakan salah satu jenis dari Saklar, maka istilah Pole dan Throw
yang dipakai dalam Saklar juga berlaku pada Relay. Berikut ini adalah penjelasan
singkat mengenai Istilah Pole and Throw :
•
Pole : Banyaknya Kontak (Contact) yang dimiliki oleh sebuah relay
•
Throw : Banyaknya kondisi yang dimiliki oleh sebuah Kontak (Contact)
2.5.2
Prinsip Kerja Relay
Gambar 2.12 Prinsip Kerja Relay
Relay adalah komponen elektronika berupa saklar elektronik yang digerakkan oleh
arus listrik. 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.Relay biasanya
digunakan untuk menggerakkan arus/tegangan yang besar (misalnya peralatan
15
listrik 4 ampere AC 220 V) dengan memakai arus/tegangan yang kecil (misalnya
0.1 ampere 12 Volt DC). Relay yang paling sederhana ialah relay elektromekanis
yang memberikan pergerakan mekanis saat mendapatkan energi listrik.
Secara sederhana relay elektromekanis ini didefinisikan sebagai berikut :
• Alat yang menggunakan gaya elektromagnetik untuk menutup (atau membuka)
kontak saklar.
• Saklar yang digerakkan (secara mekanis) oleh daya/energi listrik.
Dalam pemakaiannya biasanya relay yang digerakkan dengan arus DC dilengkapi
dengan sebuah dioda yang di-paralel dengan lilitannya dan dipasang terbaik 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.
2.6
Field Effect Transistor (FET)
Gambar 2.13 Simbol FET
Field Effect Transistor (FET) merupakan suatu jenis transistor khusus. Tidak
seperti transistor biasa, yang akan menghantar bila diberi arus basis, transistor
jenis ini akan menghantar bila diberikan tegangan (jadi bukan arus). Kaki-kakinya
diberi nama Gate (G), Drain (D) dan Source (S).
Jenis FET ada dua yaitu Kanal N dan Kanal P.
Kanal n dibuat dari bahan semikonduktor tipe n dan kanal p dibuat dari
semikonduktor tipe p. Ujung atas dinamakan Drain dan ujung bawah dinamakan
Source. Pada kedua sisi kiri dan kanan terdapat implant semikonduktor yang
berbeda tipe. Terminal kedua sisi implant ini terhubung satu dengan lainnya
secara internal dan dinamakan Gate.
Field efect (efek medan listrik) berasal dari prinsip kerja transistor ini yang
16
berkenaan dengan lapisan deplesi (depletion layer). Lapisan ini terbentuk antara
semikonduktor tipe n dan tipe p, karena bergabungnya elektron dan hole di sekitar
daerah perbatasan. Sama seperti medan listrik, lapisan deplesi ini bisa membesar
atau mengecil tergantung dari tegangan antara gate dengan source.
Beberapa Kelebihan FET dibandingkan dengan transistor biasa ialah antara lain
penguatannya yang besar, serta desah yang rendah. Karena harga FET yang lebih
tinggi dari transistor, maka hanya digunakan pada bagian-bagian yang memang
memerlukan. Ujud fisik FET ada berbagai macam yang mirip dengan transistor.
Seperti halnya dengan transistor, ada dua jenis FET yaitu Kanal N dan Kanal P.
Kecuali itu terdapat beberapa macam FET ialah Junktion FET (JFET) dan Metal
Oxide Semiconductor FET (MOSFET).
MOSFET yang digunakan dalam rangkaian alat ini adalah Mosfet IRF Z44 Kanal
P dengan bentuk fisik sebagai berikut:
Gambar 2.14 Bentuk fisik mosfet IRF Z44
17