bab ii landasan teori - Universitas Sumatera Utara

BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Hardware Arduino
Papan Arduino merupakan papan mikrokontroler yang berukuran kecil atau
dapat diartikan juga dengan suatu rangkaian berukuran kecil yang didalamnya terdapat
komputer berbentuk suatu chip yang kecil.Arduino didefinisikan sebagai sebuah
platform elektronik yang open source, berbasis pada software dan hardware yang
fleksibel dan mudah digunakan, yang ditujukan untuk seniman, desainer, hobbies dan
setiap orang yang tertarik dalam membuat objek atau lingkungan yang interaktif.
Arduino pada awalnya dikembangkan di Ivrea, Italia.
Bahasa pemrograman arduino adalah bahasa pemrograman yang umum
digunakan untuk membuat perangkat lunak yang ditanamkan pada arduino board.Pada
Gambar dibawah dapat dilihat sebuah papan Arduino dengan beberapa bagian
komponen didalamnya.
Gambar 2.1 Hardware Arduino
Pada hardware arduino terdiri dari 20 pin yang meliputi:
a. 14 pin IO Digital (pin 0–13)
Sejumlah pin digital dengan nomor 0–13 yang dapat dijadikan input atau output
yang diatur dengan cara membuat program IDE.
b. 6 pin Input Analog (pin 0–5)
Universitas Sumatera Utara
Sejumlah pin analog bernomor 0–5 yang dapat digunakan untuk membaca nilai
input yang memiliki nilai analog dan mengubahnya ke dalam angka antara 0 dan
1023.
c. 6 pin Output Analog (pin 3, 5, 6, 9, 10 dan 11)
Sejumlah pin yang sebenarnya merupakan pin digital tetapi sejumlah pin tersebut
dapat diprogram kembali menjadi pin output analog dengan cara membuat
programnya pada IDE.
Papan Arduino Uno dapat mengambil daya dari USB port pada komputer dengan
menggunakan USB charger atau dapat pula mengambil daya dengan
menggunakan suatu AC adapter dengan tegangan 9 volt. Jika tidak terdapat
power supply yang melalui AC adapter, maka papan Arduino akan mengambil
daya dari USB port. Tetapi apabila diberikan daya melalui AC adapter secara
bersamaan dengan USB port maka papan Arduino akan mengambil daya melalui
AC adapter secara otomatis.
2.2
Software Arduino
Software arduino yang digunakan adalah driver dan IDE, walaupun masih
ada beberapa software lain yang sangat berguna selama pengembangan arduino.
IDE atau Integrated Development Environment suatu program khusus untuk suatu
komputer agar dapat membuat suatu rancangan atau sketsa program untuk papan
Arduino.IDE arduino merupakan software yang sangat canggih ditulis dengan
menggunakan java. IDE arduino terdiri dari:
1.
Editor Program
Sebuah window yang memungkinkan pengguna menulis dan mengedit
program dalam bahasa processing
2.
Compiler
Sebuah modul yang mengubah kode program menjadi kode biner
bagaimanapun sebuah mikrokontroler tidak akan bisa memahami bahasa
processing.
3.
Uploader
Universitas Sumatera Utara
Sebuah modul yang memuat kode biner dari komputer ke dalam memory di
dalam papan Arduino
Dalam bahasa pemrograman arduino ada tiga bagian utama yaitu :
a.
Struktur Program Arduino
1) Kerangka Program
Kerangka program arduino sangat sederhana, yaitu terdiri atas dua blok.
Blok pertama adalah void setup() dan blok kedua adalah void loop.
Blok Void setup () : Berisi kode program yang hanya dijalankan sekali
sesaat setelah arduino dihidupkan atau di-reset. Merupakan bagian
persiapan atau instalasi program.
Blok void loop() : Berisi kode program yang akan dijalankan terus
menerus. Merupakan tempat untuk program utama.
2)
Sintaks Program
Baik blok void setup loop () maupun blok function harus diberi tanda
kurung kurawal buka “{“ sebagai tanda awal program di blok itu dan
kurung kurawal tutup “}” sebagai tanda akhir program.
b.
Variabel :Sebuah program secara garis besar dapat didefinisikan sebagai
instruksi untuk memindahkan angka dengan cara yang cerdas dengan
menggunakan sebuah varibel.
c.
Fungsi :Pada bagian ini meliputi fungsi input output digital, input output
analog, advanced I/O, fungsi waktu, fungsi matematika serta fungsi
komunikasi.
Pada proses Uploader dimana pada proses ini mengubah bahasa pemrograman
yang nantinya dicompile oleh avr-gcc (avr-gcc compiler) yang hasilnya akan
disimpan kedalam papan arduino.Avr-gcc compiler merupakan suatu bagian
penting untuk software bersifat open source. Dengan adanya avr-gcc compiler,
maka akan membuat bahasa pemrogaman dapat dimengerti oleh mikrokontroler.
Proses terakhir ini sangat penting, karena dengan adanya proses ini maka akan
membuat proses pemrogaman mikrokontroler menjadi sangat mudah.Berikut ini
merupakan gambaran siklus yang terjadi dalam melakukan pemrogaman Arduino:
1.
Koneksikan papan Arduino dengan komputer melalui USB port.
Universitas Sumatera Utara
2.
Tuliskan sketsa rancangan suatu program yang akan dimasukkan ke dalam papan
Arduino.
3.
Upload sketsa program ke dalam papan Arduino melalui kabel USB dan kemudian
tunggu beberapa saat untuk melakukan restart pada papan Arduino.
4.
Papan Arduino akan mengeksekusi rancangan sketsa program yang telah dibuat
dan di-upload ke papan Arduino.
2.3 Sumber Daya dan Pin Tegangan Arduino
Arduino uno dapat diberi daya melalui koneksi USB (Universal Serial Bus) atau
melalui power supply eksternal. Jika arduino uno dihubungkan ke kedua sumber daya
tersebut secara bersamaan maka arduino uno akan memilih salah satu sumber daya
secara otomatis untuk digunakan. Power supplay external (yang bukan melalui USB)
dapat berasal dari adaptor AC ke DC atau baterai.Adaptor dapat dihubungkan ke soket
power pada arduino uno. Jika menggunakan baterai, ujung kabel yang dibubungkan ke
baterai dimasukkan kedalam pin GND dan Vin yang berada pada konektor POWER.
Arduino uno dapat beroperasi pada tegangan 6 sampai 20 volt. Jika arduino uno
diberi tegangan di bawah 7 volt, maka pin 5V akan menyediakan tegangan di bawah 5
volt dan arduino uno munkin bekerja tidak stabil. Jika diberikan tegangan melebihi 12
volt, penstabil tegangan kemungkinan akan menjadi terlalu panas dan merusak arduino
uno. Tegangan rekomendasi yang diberikan ke arduino uno berkisar antara 7 sampai 12
volt.
2.4 Power
ArduinoUnodapat
diaktifkanmelalui
koneksiUSBataudengan satu
daya
eksternal. Sumberdayadipilih secara otomatis.Eksternal(non-USB) dapat di ambil baik
berasaldari AC ke adaptor DC ataubaterai. Adaptor ini dapat dihubungkan dengan
menancapkan plug jack pusat-positif ukuran 2.1mm konektor POWER. Ujung kepala dari
baterai dapat dimasukkan kedalam Gnd dan Vin pin header dari konektor
POWER.Kisaran kebutuhan daya yang disarankan untuk board Uno adalah7 sampai
dengan 12 volt, jika diberi daya kurang dari 7 volt kemungkinan pin 5v Uno dapat
beroperasi tetapi tidak stabil kemudian jikadiberi daya lebih dari 12V, regulator
tegangan bisa panas dan dapat merusak board Uno.
Universitas Sumatera Utara
VIN. Tegangan masukan kepada board Arduino ketika itu menggunakan sumber
daya eksternal (sebagai pengganti dari 5 volt koneksi USB atau sumber daya lainnya).5V.
Catu daya digunakan untuk daya mikrokontroler dan komponen lainnya3v3. Sebuah
pasokan 3,3 volt dihasilkan oleh regulator on-board. GND. Ground pin.
2.5 Sensor HC-SR04
Sensor ultrasonik adalah sebuah sensor yang berfungsi untuk mengubah besaran
fisis (bunyi) menjadi besaran listrik dan sebaliknya. Cara kerja sensor ini didasarkan pada
prinsip dari pantulan suatu gelombang suara sehingga dapat dipakai untuk menafsirkan
eksistensi (jarak) suatu benda dengan frekuensi tertentu. Disebut sebagai sensor
ultrasonik karena sensor ini menggunakan gelombang ultrasonik (bunyi ultrasonik).
Sensor ini merupakan sensor ultrasonik siap pakai, satu alat yang berfungsi sebagai
pengirim, penerima, dan pengontrol gelombang ultrasonik. Alat ini bisa digunakan untuk
mengukur jarak benda dari 2cm - 4m dengan akurasi 3mm. Alat ini memiliki 4 pin, pin
Vcc, Gnd, Trigger, dan Echo. Pin Vcc untuk listrik positif dan Gnd untuk ground-nya. Pin
Trigger untuk trigger keluarnya sinyal dari sensor dan pin Echo untuk menangkap sinyal
pantul dari benda.
Gelombang ultrasonik adalah gelombang bunyi yang mempunyai frekuensi
sangat tinggi yaitu 20.000 Hz. Bunyi ultrasonik tidak dapat di dengar oleh telinga
manusia.Bunyi ultrasonik dapat didengar oleh anjing, kucing, kelelawar, dan
lumba-lumba.Bunyi ultrasonik nisa merambat melalui zat padat, cair dan gas.
Reflektivitas bunyi ultrasonik di permukaan zat padat hampir sama dengan
reflektivitas bunyi ultrasonik di permukaan zat cair. A kan tetapi, gelombang
bunyi ultrasonik akan diserap oleh tekstil dan busa.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.2Sensor HC-SR04
Cara menggunakan alat ini yaitu: ketika kita memberikan tegangan positif pada
pin Trigger selama 10uS, maka sensor akan mengirimkan 8 step sinyal ultrasonik dengan
frekuensi 40kHz. Selanjutnya, sinyal akan diterima pada pin Echo. Untuk mengukur jarak
benda yang memantulkan sinyal tersebut, maka selisih waktu ketika mengirim dan
menerima sinyal digunakan untuk menentukan jarak benda tersebut.
Berikut adalah visualisasi dari sinyal yang dikirimkan oleh sensor HC-SR04
Gambar 2.3 sistem pewaktu pada sensor HC-SR04
Pada sensor ultrasonik, gelombang ultrasonik dibangkitkan melalui sebuah alat
yang disebut dengan piezoelektrik dengan frekuensi tertentu. Piezoelektrik ini akan
menghasilkan gelombang ultrasonik (umumnya berfrekuensi 40kHz) ketika sebuah
osilator diterapkan pada benda tersebut. Secara umum, alat ini akan menembakkan
gelombang ultrasonik menuju suatu area atau suatu target. Setelah gelombang
menyentuh permukaan target, maka target akan memantulkan kembali gelombang
tersebut.
Gelombang pantulan dari target akan ditangkap oleh sensor, kemudian sensor
menghitung selisih antara waktu pengiriman gelombang dan waktu gelombang pantul
diterima.
Universitas Sumatera Utara
Gambar cara kerja sensor ultrasonik dengan transmitter dan receiver (atas), sensor
ultrasonik dengan single sensor yang berfungsi sebagai transmitter dan receiver sealigus
oleh transmitter dan waktu ketika gelombang pantul diterima receiver.
Gambar 2.4 Sensor HC-SR04
2.6
Prinsip Kerja Sensor HC-SR04
secara detail, cara kerja sensor ultrasonik adalah sebagai berikut:

Sinyal dipancarkan oleh pemancar ultrasonik dengan frekuensi tertentu dan
dengan durasi waktu tertentu. Sinyal tersebut berfrekuensi diatas 20kHz. Untuk
mengukur jarak benda (sensor jarak), frekuensi yang umum digunakan adalah
40kHz.

Sinyal yang dipancarkan akan merambat sebagai gelombang bunyi dengan
kecepatan sekitar 340 m/s. Ketika menumbuk suatu benda, maka sinyal tersebut
akan dipantulkan oleh benda tersebut.

Setelah gelombang pantulan sampai di alat penerima, maka sinyal tersebut akan
diproses untuk menghitung jarak benda tersebut. Jarak benda dihitung
berdasarkan rumus : S = 340.t/2
dimana S merupakan jarak antara sensor ultrasonik dengan benda (bidang pantul), dan t
adalah selisih antara waktu pemancaran gelombang.
Universitas Sumatera Utara
2.7 LCD (Liquid Crystal Display)
LCD (Liquid Crystal Display) adalah suatu jenis media tampil yang menggunakan
kristal cair sebagai penampil utama. LCD sudah digunakan diberbagai bidang misalnya
alal–alat elektronik seperti televisi, kalkulator, ataupun layar komputer. Pada bab ini
aplikasi LCD yang dugunakan ialah LCD dot matrik dengan jumlah karakter 2 x 16. LCD
sangat berfungsi sebagai penampil yang nantinya akan digunakan untuk menampilkan
status kerja alat. Adapun fitur yang disajikan dalam LCD ini adalah :
1. Terdiri dari 16 karakter dan 2 baris.
2. Mempunyai 192 karakter tersimpan.
3. Terdapat karakter generator terprogram
4. Dapat dialamati dengan mode 4-bit dan 8-bit
5. Dilengkapi dengan back light.
6. Tersedia VR untuk mengatur kontras.
7. Pilihan konfigurasi untuk operasi write only atau read/write.
8. Catu daya +5 Volt DC dan Kompatibel dengan DT-51 dan DT-AVR Low Cost Series
serta sistem mikrokontroler/mikroprosesor lain.
Gambar 2.5 LCD (Liquid Crystal Display)
Adapun konfigurasi dan deskripsi dari pin-pin LCD antara lain:
1. Pin 1 dihubungkan ke Gnd
2. Pin 2 dihubungkan ke Vcc +5V
3. Pin 3 dihubungkan ke bagian tegangan potensiometer 10KOhm sebagai pengatur
kontras.
4. Pin 4 untuk membritahukan LCD bahwa sinyal yang dikirim adalah data, jika Pin 4 ini
diset ke logika 1 (high, +5V), atau memberitahukan bahwa sinyal yang dikirim
adalah perintah jika pin ini di set ke logika 0 (low, 0V).
Universitas Sumatera Utara
5. Pin 5 digunakan untuk mengatur fungsi LCD. Jika di set ke logika 1 (high, +5V) maka
LCD berfungsi untuk menerima data (membaca data). Dan fungsi untuk
mengeluarkan data, jika pin ini di set ke logika 0 (low, 0V). Namun kebanyakan
aplikasi hanya digunakan untuk menerima data, sehingga pin 5 ini selalu
dihubungkan ke Gnd.
6. Pin 6 adalah terminal enable. Berlogika 1 setiap kali pengiriman atau pembaca data.
7. Pin 7 – Pin 14 adalah data 8 bit data bus (Aplikasi ini menggunakan 4 bit MSB saja,
sehingga pin data yang digunkan hanya Pin 11 – Pin 14).
8. Pin 15 dan Pin 16 adalah tegangan untuk menyalakan lampu LCD.
Tabel 2.1 Deskripsi Pin Pada LCD
Pin
Deskripsi
1
Ground
2
Vcc
3
Pengatur kontras
4
“RS” Instruction/Register Select
5
“R/W” Read/Write LCD Registers
6
“EN” Enable
7-14
Data I/O Pins
15
Vcc
16
Ground
Cara kerja LCD (Liquid Crystal Display) pada aplikasi umumnya RW diberi logika
rendah “0”.Bus data terdiri dari 4-bit atau 8-bit.Jika jalur data 4-bit maka yang digunakan
ialah DB4 sampai dengan DB7. Sebagaimana terlihat pada table diskripsi, interface LCD
merupakan sebuah parallel bus, dimana hal ini sangat memudahkan dan sangat cepat
Universitas Sumatera Utara
dalam pembacaan dan penulisan data dari atau ke LCD. Kode ASCII yang ditampilkan
sepanjang 8-bit dikirim ke LCD secara 4-bit atau 8 bit pada satu waktu.
2.8 Resistor
Resistor adalah komponen dasar elektronika yang digunakan untuk membatasi
jumlah arus yang menaglir dalam suatu rangkaian.Sesuai dengan namanya resistor
bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon.Dalam hukum ohm diketahui
bahwa
resistansi
berbanding
terbalik
dengan
jumlah
arus
yang
mengalir
melaluinya.Satuan dari resistansi dari resistor disebut Ohm atau dilambangkan dengan
(Omega).
Gambar 2.6 Gambar dan Lambang Resistor
Resistor umumnya berbentuk tabung dengan dua kaki tembaga dikiri dan kana.
Dibadannya terdapat lingkaran berbentuk gelang kode warna yang memudahkan
pemakai mengenali besar resistansi tanpa mengukur besarannya tanpa menggunakan
Ohm meter.
2.9 PCB (Printed Circuit Board)
PCB Printed Circuit Boardadalah sebuah papan yang penuh dengan komponenkomponen elektronika yang tersusun membentuk rangkaian elektronik atau tempat
rangkaian elektronika yang menghubungkan komponen elektronik yang satu dengan
lainnya tanpa menggunakan kabel. Disebut dengan Papan Sirkuit karena diproduksi
secara massal dengan cara mencetak. PCB dilapisi lapisan logam (tembaga) yang
berfungsi sebagai penghubung antar komponen, Lapisan logam ini nantinya akan
menjadi kabel yang tersusun rapi, setelah kita melarutkan pada larutan FerryClorit + air.
Sejarah terciptanya PCB :
Universitas Sumatera Utara

Tahun 1936 - Papan sirkuit cetak pertama kali ditemukan oleh Paul Eisler,
ilmuwan Austria yang memasukkan penggunaan papan sirkuit ini ke dalam
sebuah radio.

1943 - Amerika Serikat menggunakan papan sirkuit dengan jumlah besar dalam
radio militer mereka.

1948 - Komersialisasi papan sirkuit cetak di Amerika Serikat.
Setelah tahun 1950, papan sirkuit cetak telah digunakan secara massal di dalam industri
elektronik.
Gambar 2.7 Papan PCB
Resistor variabel adalah sebuah komponen yang mempunyai karakteristik seperti
resistor
namun
nilainya
tidak
tetap
(variabel)
dan
bisa
diubah
selama
pemakaian.Perubahan nilai resistor ini karena diubah oleh sesuatu dari luar misalnya
diputar atau digeser.Perubahan nilai dari resistor variabel biasanya dimanfaatkan untuk
mengatur sesuatu yang sifatnya tidak tetap dan bergantung dari kondisi penerapan
rangkaian. Ada beberapa jenis resistor variabel seperti trimmer potensiometer
(trimpot), slide potensiometer (slidepot) dan rotary potensiometer (potensio).Masingmasing jenis resistor variabel ini memiliki kegunaan dan penerapan yang berbeda-beda.
Berikut ini beberapa penggunaan resistor variabel yang umum pada aplikasi sehari-hari :
1. Volume Control
2. Tone Control (Bass, Middle dan Treble)
3. Pengaturan tegangan dan arus
4. Pengaturan ukuran layar pada televisi analog
5. Setting referensi tegangan atau sinyal
6. Kontrol parameter alat seperti cahaya, kecepatan, frekuensi dan sebagainya.
Universitas Sumatera Utara
Resistor variabel pada umumnya digambarkan menyerupai simbol resistor
dengan tanda panah ditengahnya.Karena kebanyakan resistor variabel berkaki tiga maka
panah yang berada ditengah merupakan kaki ketiga yang berada ditengah dengan nilai
resistansi yang berubah-ubah terhadap kaki pinggir.Perubahan nilai resistor ini
tergantung pada posisi kaki tengah terhadap kaki pinggir.
Gambar 2.8 simbola dari resistor variabe
Nilai resistansi antara kaki pinggir merupakan nilai yang tertera pada body
resistor variabel.Misalnya tertulis nilai 10kΩ maka besarnya resistansi antara kaki pinggir
selalu tetap sebesar 10kΩ.Kemudian nilai resistansi antara kaki tengah dengan kaki
pinggir berubah (variabel) sesuai dengan posisi kaki tengah terhadap kaki pinggir.
Jika posisi potensio berana pada kiri penuh maka besarnya resistansi kaki tengah
dengan kaki sebelah kiri sama dengan nol dan besarnya resistansi kaki tengah dengan
kakai sebelah kanan sebesar 10kΩ. Dan sebaliknya saat posisi kanan penuh maka
besarnya resistansi kaki tengah dengan kaki sebelah kanan sama dengan nol dan
besarnya resistansi kaki tengah dengan kaki sebelah kiri sebesar 10kΩ.
Sering disingkat dengan trimpot.Adalah jenis resistor variabel yang diputar
dengan obeng.Area putar dari trimpot berupa lekukan berbentuk tanda plus atau minus
seperti pada kepala skrup.Penggunaan trimpot dikhususkan untuk pengaturan yang
bersifat tetap dan tidak sering diubah selama pemakaaian terutama oleh pengguna.
Gambar 2.9 Contoh bentuk fisik trimpot
Universitas Sumatera Utara
Contoh penggunaan trimpot adalah pada pengaturan tinggi dan lebar layar televisi
pada jaman dulu (sebelum ada mode service). Contoh penggunaan lain dari trimpot
adalah pada pengaturan tegangan B+ pada power supply SMPS. Pengaturan-pengaturan
ini bersifat tetap dan biasanya dilakukan pada saat proses pembuatan atau proses
perbaikan saja. Jadi trimpot terletak didalam pesawat televisi dan tidak bisa diakses oleh
pengguna secara mudahSering disebut dengan potensio saja.
2.10 LED (Light Emiting Dioda)
Led adalah jenis dioda yang memancarkan cahaya.Komponen ini biasa
digunakan pada lampu senter atau lampu emergensi. Seperti hal nya dioda yang hanya
mengalirkan arus listrik dari satu arah, led juga demikian. Itulah sebab nya, pemasangan
led dirangkaian elektronika harus tidak terbalik. Dengan kata lain, led tidak berfungsi jika
dipasang terbalik.Led yang umum dipakai berkaki dua. Salah satu kaki berkutub +
(disebut anoda) dan yang lain adalah – (disebut katoda). Namun, tidak tanda + atau –
secara eksplisit.Pembedanya, led mempunyai kaki dengan panjang berbeda. Kaki yang
panjang adalah anoda dan yang pendek adalah katoda.Sekiranya anda menemukan kaki
led yang sudah terpotong sehingga kedua panjang kaki tidak bias dibedakan, indikasi
yang menyatakan anoda atau katoda masih bias dilakukan. Perhatikan gambar dibawah,
bagian dasar led (yang menghubungkan kedua kaki) tidak seluruhnya membulat, tetapi
ada yang datar. Nah, kaki yang dekat area yang datar tersebut adalah katoda.
Gambar 2.10 Bentuk Fisik LED
2.11 Buzzer
Buzzer adalah senuah komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah
getaran listrik menjadi getaran suara .Pada dasarnya prinsip kerja buzzer hamper sama
dengan laud speaker.
Gambar 2.11 Bentuk Fisik Buzzer
Universitas Sumatera Utara