BAB II LANDASAN TEORI

BAB II
LANDASAN TEORI
2.1
Mikrokontroller
Mikrokontroller merupakan suatu komponen elektronika berupa chip atau
IC digital dimana didalamnya terdapat rangkaian mikroprosesor, memori
(RAM/ROM) dan port input/output (I/O).
Sebuah mikrokontroller dapat bekerja dengan cara memberi atau
memasukkan program yang berisi instruksi-instruksi yang dapat digunakan untuk
menjalankan sistem mikrokontroller tersebut. Banyak sedikitnya instruksi
program ini disesuaikan dengan aplikasi yang akan dirancang. Semakin kompleks
aplikasinya, maka semakin banyak instruksi yang diberikan dan semakin besar
memori yang digunakan untuk mengeksekusi aplikasi yang diinginkan.
Oleh karenanya mikrokontroller dapat di program berulang-ulang dan
dapat digunakan untuk mengolah data pada aplikasi-aplikasi kontrol otomasi
sederhana.
2.1.1 Mikrokontroller AVR ATmega128
ATmega 128 adalah salah satu mikrokontroller dari keluarga AVR yang
menggunakan teknologi RISC (Reduce Instruction Set Computing) dimana
program berjalan lebih cepat karena hanya membutuhkan satu siklus clock
untuk mengeksekusi satu instruksi program. Semua jenis AVR dilengkapi
dengan flash memori sebagai memori program dimana ATmega 128 sendiri
mempunyai kapasitas flash memori 128 Kb, sebuah kapasitas yg merupakan
terbesar untuk sebuah mikrokontroller di kelasnya.
Mikrokontroller AVR Atmega128 memiliki fitur yang cukup lengkap,
diantaranya :
1.
AVR®– High-Performance dan Low-Power RISC Arsitektur
5
6
2.
CPU yang terdiri atas 32 buah register.
3.
Memori Flash sebesar 128 Kb dengan kemampuan Read / Write.
4.
SRAM Internal sebesar 4Kb.
5.
EEPROM sebesar 4Kb.
6.
Dua buah 8-bit Timer/Counter dengan kemampuan pembandingan dan
Prescaler terpisah.
7.
Dua buah 16-bit Timer/Counter dengan kemampuan pembanding,
Prescaler terpisah.
8.
Dua buah 8-bit saluran PWM.
9.
Dua buah 8-bit PWM Channel.
10. ADC internal 10-bit, 8 Channel.
11. Port USART untuk komunikasi serial.
12. Port antarmuka komparator analog.
13. Real time counter.
14. Port I/O sebanyak 53 buah, yaitu: port A, port B, port C, port D, Port
E, port F dan port G.
15. Tegangan operasi sampai dengan 5,5 V
2.1.2 Arsitektur Atmega128
Mikrokontroler ATmega128 memiliki 2 buah memori utama, yaitu
memori program dan memori data serta 1 buah memori tambahan, yaitu
memori EEPROM. Ketiganya memiliki ruang sendiri dan terpisah.
a. Memori program
Atmega128 memiliki kapasitas memori progam sebesar 128 Kbytes
dengan kemampuan ketahanan minimal tulis/hapus sebanyak 10.000
siklus yang terpetakan dari alamat 0000h – FFFFh dimana masingmasing alamat memiliki lebar data 16 bit. Memori program ini terbagi
menjadi 2 bagian yaitu bagian program boot dan bagian program
aplikasi.
7
b. Memori data
Dalam konfigurasi normal, ATmega128 memiliki kapasitas memori data
sebesar 4096 byte yang terbagi menjadi 3 bagian yaitu register serba
guna, register I/O, I/O tambahan dan SRAM. Atmega128 memiliki 32
byte register serba guna, 64 byte register I/O, 160 byte I/O tambahan
yang dapat diakses sebagai bagian dari memori SRAM (menggunakan
instuksi LD atau ST) atau dapat juga diakses sebagai I/O (menggunakan
instruksi IN atau OUT), dan 4096 byte digunakan untuk memori data
SRAM.
c. Memori EEPROM
Atmega128 memiliki memori EEPROM sebesar 4 Kbytes yang terpisah
dari memori program maupun memori data dengan kemampuan
ketahanan minimal tulis/hapus sebanyak 100.000 siklus. Memori
EEPROM ini hanya dapat diakses dengan menggunakan register-register
I/O yaitu register EEPROM Address, register EEPROM Data, dan
register EEPROM Control. Untuk mengakses memori EEPROM ini
diperlakukan seperti mengakses data eksternal, sehingga waktu
eksekusinya relatif lebih lama bila dibandingkan dengan mengakses data
dari SRAM.
8
Gambar 2.1 Blok Diagram ATmega128
Atmega128 merupakan tipe AVR yang telah dilengkapi dengan 8 saluran
ADC internal dengan fidelitas 10 bit. Dalam mode operasinya, ADC
Atmega128 dapat dikonfigurasi, baik secara single ended input maupun
differential input. Selain itu, ADC Atmega128 memiliki konfigurasi
pewaktuan, tegangan referensi, mode operasi, dan kemampuan filter derau
yang amat fleksibel, sehingga dengan mudah disesuaikan dengan kebutuhan
ADC itu sendiri. ADC ATmega128 juga memiliki pin suplai tegangan analog
9
terpisah (AVCC), dimana besarnya AVCC ini tidak boleh melebihi + 0,3 V
dari tegangan kerja (VCC).
Atmega128 memiliki 4 modul timer yang terdiri dari 2 buah
timer/counter 8 bit dan 2 buah timer/counter 16 bit. Keempat modul
timer/counter ini dapat diatur dalam mode yang berbeda secara individu dan
tidak saling mempengaruhi satu sama lain. Selain itu, semua timer/counter juga
dapat difungsikan sebagai sumber interupsi. Masing-masing timer/counter ini
memiliki register tertentu yang digunakan untuk mengatur mode dan cara
kerjanya.
Serial Peripheral Interface (SPI) merupakan salah satu mode komunikasi
serial syncrhronous kecepatan tinggi yang dimiliki oleh Atmega128. Universal
Syncrhronous and Asyncrhronous Serial Receiver and Transmitter (USART)
juga merupakan salah satu mode komunikasi serial yang dimiliki oleh
Atmega128. USART merupakan komunikasi yang memiliki fleksibilitas tinggi,
yang dapat digunakan untuk melakukan transfer data baik antar mikrokontroler
maupun dengan modul-modul eksternal termasuk PC yang memiliki fitur
UART.
USART memungkinkan transmisi data baik secara syncrhronous maupun
asyncrhronous, sehingga dengan memiliki USART pasti kompatibel dengan
UART. Pada Atmega128, secara umum pengaturan mode syncrhronous
maupun asyncrhronous adalah sama. Perbedaannya hanyalah terletak pada
sumber clock saja.
Jika pada mode asyncrhronous masing-masing peripheral memiliki
sumber clock sendiri, maka pada mode syncrhronous hanya ada satu sumber
clock yang digunakan secara bersama-sama. Dengan demikian, secara
hardware untuk mode asyncrhronous hanya membutuhkan 2 pin yaitu TXD
dan RXD, sedangkan untuk mode syncrhronous harus 3 pin yaitu TXD, RXD
dan XCK.
10
2.1.3 Konfigurasi Pin Atmega128
Konfigurasi pin Atmega128 dapat dilihat pada Gambar 2.2 di bawah ini.
Gambar 2.2 Pin Atmega128
Dari gambar di atas dapat dijelaskan fungsi dari masing-masing pin
Atmega128 sebagai berikut:
1. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai masukan catu daya /
sumber tegangan.
2. AVCC merupakan pin yang berfungsi sebagai masukan catu daya /
sumber tegangan untuk analog (masukan analog maupun ADC).
3. GND merupakan pin Ground.
4. Port A (PortA0…PortA7) merupakan pin input/output dua arah dan pin
dengan fungsi khusus, seperti dapat dilihat pada tabel 2.1 di bawah ini.
Tabel 2.1 Fungsi khusus Port A
Port Pin Fungsi Khusus
PA7
AD7 (Alamat interface memori eksternal dan bit data ke-7)
PA6
AD6 (Alamat interface memori eksternal dan bit data ke-6)
11
PA5
AD5 (Alamat interface memori eksternal dan bit data ke-5)
PA4
AD4 (Alamat interface memori eksternal dan bit data ke-4)
PA3
AD3 (Alamat interface memori eksternal dan bit data ke-3)
PA2
AD2 (Alamat interface memori eksternal dan bit data ke-2)
PA1
AD1 (Alamat interface memori eksternal dan bit data ke-1)
PA0
AD0 (Alamat interface memori eksternal dan bit data ke-0)
5. Port B (PortB0…PortB7) merupakan pin input/output dua arah dan pin
dengan fungsi khusus, seperti dapat dilihat pada tabel 2.2 di bawah ini.
Tabel 2.2 Fungsi khusus Port B
Port Pin Fungsi Khusus
OC2/OC1C (Keluaran pembanding dan keluaran PWM untuk
PB7
Timer/Counter2 atau keluaran pembanding dan keluaran PWM
C untuk Timer/Counter1)
PB6
PB5
PB4
OC1B (Keluaran pembanding dan keluaran PWM B untuk
Timer/Counter1)
OC1A (Keluaran pembanding dan keluaran PWM A untuk
Timer/Counter1)
OC0 (Keluaran pembanding dan keluaran PWM untuk
Timer/Counter0)
PB3
MISO (SPI Bus Master Input/Slave Output)
PB2
MOSI (SPI Bus Master Output/Slave Input)
PB1
SCK (SPI Bus Serial Clock)
PB0
SS (SPI Slave Select input)
6. Port C (PortC0…PortC7) merupakan pin input/output dua arah dan pin
dengan fungsi khusus, seperti dapat dilihat pada tabel 2.3 dibawah ini.
Tabel 2.3 Fungsi khusus Port C
Port Pin Fungsi Khusus
PC7
A15
PC6
A14
PC5
A13
12
PC4
A12
PC3
A11
PC2
A10
PC1
A9
PC0
A8
7. Port D (PortD0…PortD7) merupakan pin input/output dua arah dan pin
dengan fungsi khusus, seperti dapat dilihat pada tabel 2.4 dibawah ini.
Tabel 2.4 Fungsi khusus Port D
Port Pin Fungsi Khusus
PD7
T2 (Timer/Counter2 Clock input)
PD6
T1 (Timer/Counter1 Clock input)
PD5
XCK1 (USART 1 External Clock Input/Output)
PD4
ICP1 (Timer/Counter1 Input Capture Pin)
PD3
INT3/TXD1 (External Interrupt3 Input or UART 1 Transmit Pin)
PD2
INT2/RXD1 (External Interrupt2 Input or UART 1 Receive Pin)
PD1
INT1/SDA (External Interrupt1 Input or TWI Serial Data)
PD0
INT0/SCL (External Interrupt0 Input or TWI Serial Clock)
8. Port E (PortE0…PortE7) merupakan pin input/output dua arah dan pin
dengan fungsi khusus, seperti dapat dilihat pada tabel 2.5 dibawah ini.
Tabel 2.5 Fungsi khusus Port E
Port Pin Fungsi Khusus
PE7
PE6
PE5
PE4
PE3
INT7/ICP3 (External Interrupt 7 Input or Timer/Counter3 Input
Capture Pin)
INT6/T3 (External Interrupt 6 Input or Timer/Counter3 Clock
Input)
INT5/OC3C (External Interrupt 5 Input or Output Compare and
PWM Output C for Timer/Counter3)
INT4/OC3B (External Interrupt 4 Input or Output Compare and
PWM Output B for Timer/Counter3)
AIN1/OC3A (Analog Comparator Negative Input or Output
13
Compare and PWM Output A for Timer/Counter3)
PE2
PE1
PE0
AIN0/XCK0 (Analog Comparator Positive Input or USART 0
External Clock Input/Output)
PDO/TXD0 (Programming Data Output or UART 0Transmit
Pin)
PDI/RXD0 (Programming Data Input or UART 0 Receive Pin)
9. Port F (PortF0…PortF7) merupakan pin masukan analog untuk ADC.
10. Port G (PortG0…PortG4) merupakan pin input/output dua arah.
11. RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler.
12. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal.
13. AVCC merupakan pin sumber tegangan untuk masukan analog dan
ADC.
14. AREFF merupakan pin referensi analog untuk ADC.
15. PEN merupakan pin untuk mengaktifkan pemrograman mode SPI
(Serial).
2.2
RFID
RFID (Radio Frequency Identification) atau yang biasa disebut
Identifikasi Frekuensi Radio merupakan suatu teknologi identifikasi otomatis
untuk mengidentifikasi objek dengan menggunakan gelombang radio. Kelebihan
dari teknologi ini dibanding teknologi identifikasi lainnya adalah tidak
diperlukannya kontak langsung maupun kesejajaran posisi saat pembacaan antara
detektor (reader) dengan objek yang akan diidentifikasi. Sebuah data RFID dapat
dengan mudah dibaca melalui pakaian, tubuh manusia dan bahan-bahan non
logam.
Prinsip kerja sistem RFID pada dasarnya, tag atau transponder
ditempelkan pada suatu objek. Setiap tag ini membawa informasi yang unik
seperti nomor serial, model, warna, tempat perakitan dan data lain dari objek
tersebut. Ketika tag ini melalui medan yang dihasilkan oleh pembaca RFID yang
14
kompatibel, tag akan mentransmisikan informasi yang ada pada tag kepada
pembaca RFID, sehingga proses identifikasi objek dapat dilakukan.
Gambar 2.3 Prinsip kerja RFID
Pada gambar 2.3 Antena memancarkan sinyal radio untuk mengaktifkan
tag dan untuk membaca dan menulis data ke dalamnya. Pembaca RFID
memancarkan gelombang radio dalam rentang jarak mulai dari 1 inci sampai 100
kaki atau lebih, tergantung pada output daya dan frekuensi radio yang digunakan.
Ketika suatu RFID tag melewati suatu medan elektromagnetis, mendeteksi sinyal
aktivasi pembaca. Pembaca RFID meng-kodekan data yang telah dikodekan oleh
sirkuit terpadu dalam tag tersebut (silikon chip) dan kemudian data dikirim ke
komputer host untuk diproses dan divalidasi.
Tujuan dari sistem RFID adalah untuk memungkinkan data yang akan
ditransmisikan oleh perangkat portabel, yang disebut tag, dibaca oleh pembaca
RFID dan diproses menurut kebutuhan dari aplikasi yang digunakan. Data yang
dikirimkan oleh tag dapat menyediakan informasi identifikasi atau lokasi, atau
secara khusus tentang produk tagged, seperti nomor seri, harga, tanggal warna,
pembelian, dll. Teknologi RFID telah digunakan oleh ribuan perusahaan dalam
satu dekade atau lebih. Teknologi RFID dengan cepat mendapat perhatian karena
kemampuannya dalam melacak objek bergerak. Perkembangan teknologi yang
semakin cepat, juga mendorong teknologi RFID mengalami peningkatan dan
penyempurnaan, oleh karena itu teknologi ini banyak sekali diterapkan dalam
berbagai aplikasi, seperti aplikasi keamanan dan akses kontrol, sistem pembayaran
elektrik, sistem pelacakan material atau spare part, dll.
15
2.2.1 RFID Tag
Sebuah tag RFID umumnya terdiri dari sebuah microchip yang melekat
ke antena radio dipasang pada substrat/objek. Chip berisi nomor identifikasi
unik yang dapat menyimpan data sebanyak 2 kilobyte. Sedangkan antena
berupa kumparan atau lilitan kawat tembaga, biasanya datar yang dapat
mengirim dan menerima gelombang radio. Secara umum dapat dilihat pada
gambar 2.4
Gambar 2.4 RFID Tag
Tag RFID dikelompokkan menjadi tiga, yaitu :
a. Tag pasif
Tag pasif tidak memiliki sumber daya internal dan aktif hanya ketika
pembaca di dekatkan kepadanya. Antena dalam tag pasif dirancang baik
untuk mengumpulkan daya dari sinyal yang masuk dan mengirimkan
informasi sendiri kembali ke pembaca. Tergantung pada ukuran dan
desain dari antena, jangkauan transmisi tag pasif adalah hanya sampai
beberapa meter.
Karena tidak adanya kontrol internal, tag ini bisa berbentuk kecil dan
relatif murah untuk diproduksi.
b. Tag aktif
Tag aktif memiliki sumber daya internal dalam suatu chip dan memiliki
kemampuan memancarkan sinyal respon.
16
Tag ini juga memiliki lebih banyak ruang memori dalam microchip,
sehingga dapat dibaca dengan kecepatan yang lebih tinggi dan - lebih
penting - pada jarak yang lebih jauh (hingga ratusan meter). Tag ini jauh
lebih mahal untuk memproduksi dan banyak digunakan oleh industri
pertahanan, pengiriman dan pertambangan.
c. Tag semi-aktif / semi-pasif
Tag semi-aktif memiliki sumber daya internal hanya untuk memantau
kondisi lingkungan, namun memerlukan energi dari pembaca/reader
untuk melakukan keperluan komunikasi data. Umumnya, tag jenis ini
beroperasi pada kecepatan tinggi dengan jarak yang lebih besar, tetapi
memiliki umur yang relatif lebih pendek dari tag lain, sedikit lebih rapuh
dan mahal untuk diproduksi.
Gambar 2.5 RFID Tag yang banyak beredar di pasaran
2.2.2 RFID Reader
Untuk mengambil/membaca data yang tersimpan pada tag RFID,
diperlukan sebuah pembaca. Sebuah pembaca RF terdiri dari antena dan modul
kontrol elektronik yang memancarkan gelombang radio dan membaca sebuah
tag terdekat yang ada dalam jangkauan jarak pancar dan menerima informasi
yang dikodekan menggunakan komunikasi frekuensi radio dan kemudian
melewatkan informasi tersebut ke bentuk digital ke sistem komputer.
Pembaca juga dapat menulis informasi untuk chip pada tag. Sebagai
contoh, jika tag RF di dalam buku, kode ditulis ke chip dapat menunjukkan
17
buku tersebut telah diperiksa. Seorang pembaca keamanan di pintu keluar
kemudian akan menerima informasi ini dari tag untuk memungkinkan bahwa
buku ini aman untuk lewat. Contoh lain, adalah pengisian/penulisan pada
pembayaran kartu elektrik. Kartu yang sudah disiapkan sebagai tag RF,
dituliskan sejumlah nilai melalui pembaca. Jumlah nominal yang disimpan ini
nantinya dapat digunakan sebagai alat pembayaran elektrik.
Gambar 2.6 RFID Reader yang banyak beredar di pasaran
2.3
LCD 16x2 (M1632)
LCD (Liquid Crystal Display) adalah komponen display yang tidak
memancar (non-emissive), sehingga tidak menghasilkan sumber cahaya seperti
CRT (Cathode Ray Tube), dan berdaya sangat rendah (lebih rendah dari LED)
yaitu dalam hitungan mikrowatt (LED dalam hitungan miliwatt). LCD menahan
atau membiarkan cahaya yang dipantulkan dari sunber cahaya luar dan cahaya
yang berasal dari belakang atau samping yang melewatinya. LCD dikontrol oleh
ROM/RAM generator karakter dan RAM data display. Semua fungsi display
dikontrol dengan instruksi dan LCD dapat dengan mudah di-interface-kan dengan
MPU (Mikroprosessor Unit).
18
Gambar 2.7 LCD M1632
Karakteristik dari LCD dot-matriks adalah sebagai berikut:
• 16X2 karakter dengan 5X7 dot matriks+kursor
• ROM generator karakter dengan 8 tipe karakter (untuk program write)
• 80X8 bit RAM data display
• Dapat diinterfacekan dengan 4 atau 8 bit MPU
• RAM data dan RAM generator karakter dapat dibaca dari MPU
• +5V single power supply
• Power-on reset
• Range temperature operasi 0-60ºC
• Beberapa fungsi instruksi:
Display clear, Cursor home, Display ON/OFF, Cursor ON/OFF, Display
charackter blink, Cursor Shift dan Display shift.
LCD disini dapat menampilkan karakter yang ada pada ROM generator
karakter, yang sudah berisi 192 jenis karakter, dengan cara memberikan kode
karakter untuk tiap-tiap karakter yang diinginkan pada pada bus data dengan
menggunakan sinyal kontrol.
Tabel 2.6 Pin LCD
NO
Simbol
Level
Function
1
Vss
-
0V (GND)
2
Vcc
-
5V
3
Vee
-
LCD Drive
4
RS
H/L
5
R/W
H/L
H: Data Input
L: Instruktion In
H: Read L: Write
19
2.4
6
E
1/0
Enable Signal
7
DB0
H/L
Data Bus
8
DB1
H/L
Data Bus
9
DB2
H/L
Data Bus
10
DB3
H/L
Data Bus
11
DB4
H/L
Data Bus
12
DB5
H/L
Data Bus
13
DB6
H/L
Data Bus
14
DB7
H/L
Data Bus
15
V+ BL
-
Vcc
16
V- BL
-
GND
Matriks keypad
Keypad disini digunakan untuk memasukkan data verifikasi, proses
scanning matrik keypad pada dasarnya mendecoder penekanan suatu tombol
dengan konfigurasi matrik. Diumpamakan Port B dioperasikan sebagai Output
scanning bagian kolom. Scanning dilakukan secara berurutan dari kolom paling
kiri sampai kolom paling kanan, Kolom yang aktif akan berada pada kondisi low.
Untuk mengetahui ada tidaknya tombol ditekan, Maka harus dilakukan
pembacaan terhadap port (Diumpamakan port A) yang dioperasikan sebagai input
dari setiap baris pada kolom yang sedang aktif. Jika tidak ada tombol ditekan
semua kondisi baris akan high karena dipull-up oleh resistor pull-up ke Vcc. Jika
salah satu baris tombol ditekan maka tombol tersebut terletak pada kolom yang
sedang aktif, Kondisi baris yang terbaca pada port A adalah low. Hal ini dapat
dijelaskan pada gambar 2.8 berikut:
20
B
Vcc +5V
R.pull-up 10k
1 0 1 1
7 8
4 5
9 F
6 E
1 2 3 D
A 0 B C
1
0
1
1
A
Gambar 2.8 Proses scanning Keypad matriks 4X4
Diumpamakan pin Y1-Y4 sebagai row dan pin X1-X4 sebagai colom.
yaitu apabila salah satu pin misalnya Y1 terhubung dengan X1 maka data outnya
akan 0 sedangkan untuk Y1 dengan X2 data outnya akan 1. Diumpamakan tombol
5 ditekan, Maka pada proses kerjanya port B dikirim data 0111. Dalam keadaan
ini dilakukan pembacaan pada port A dan hasil yang diperoleh adalah 1111. ini
berarti tidak ada tombol yang ditekan pada kolom paling kiri. Selanjutnya pada
port B dikirim data 1011 dan dilakukan pembacaan dari port A. Hasil diperoleh
dari pembacaan tersebut yaitu 1011. Ini berarti ada tombol yang ditekan pada
kolom kedua baris kedua. Melalui software yang dibuat dapat diketahui kode dari
tombol yang ditekan. Untuk menghindari pembacaan yang salah karena adanya
dua tombol atau lebih yang ditekan bersamaan, maka proses scanning dilakukan
terhadap seluruh tombol keypad dan penghitungan jumlah tombol yang ditekan.
2.5
Motor Penggerak
2.5.1 Motor DC
Motor DC adalah mesin arus searah yang membutuhkan arus DC untuk
mengubah energi listrik yang diterima menjadi energi mekanis berupa
kecepatan putar pada poros.
21
Karakteristik utama motor DC adalah kecepatannya dapat berubah
sebanding dengan besarnya arus yang diberikan. Selain itu, arah perputarannya
juga dapat diubah dengan hanya membalik arah arus yang diberikannya. Setiap
motor DC memiliki dua bagian dasar, yaitu :
1. Bagian yang tetap disebut stator. Stator ini menghasilkan medan
magnet, baik yang dibangkitkan dari magnet permanen maupun dari
sebuah koil yang dialiri arus listrik DC.
2. Bagian yang berputar disebut rotor atau armature. Rotor ini berupa
koil yang dialiri arus listrik DC.
Cara kerja motor DC diperlihatkan dalam Gambar 2.9. Arus listrik
mengalir ke koil rotor melalui sikat-sikat yang berhubungan dengan komutator,
yang ditekan oleh pegas. Pada posisi seperti dalam Gambar 2.9a. aliran arus
koil akan menghasilkan medan magnet yang berlawanan dengan medan
magnet dari magnet stator, sehingga koil akan perputar ke arah yang
ditunjukkan oleh anak panah. Apabila arah aliran arus tetap, koil akan diam
pada posisi vertikal setelah berputar sejauh 90°.
Karena adanya momen inersia dari rotor, gerakan rotor akan melewati
posisi vertikal, sehingga koil pada rotor akan mencapai posisi seperti Gambar
2.9b. Komutator akan mengalirkan arus ke koil dengan arah berlawanan.
Dengan demikian akan dihasilkan tolakan magnet sejauh 90° ke posisi seperti
Gambar 2.9c. Siklus ini akan terus berulang selama ada arus listrik yang
mengalir.
22
Gambar 2.9 Mekanisme Motor DC
2.5.2 Motor Driver L298
IC L298 merupakan komponen penguat yang bisa digunakan sebagai
rangkaian driver, karena memiliki keluaran arus minimal 2 ampere yang cukup
digunakan untuk menggerakkan relay, solenoid, motor DC maupun stepper
motor. Cukup dihubungkan ke mikrokontroler dan diberi tegangan sebesar 7
volt, maka driver berbasis L298 sudah dapat digunakan. Selain itu, supply IC
L298 dapat diberi tegangan sampai 50 Volt.
Gambar 2.10 Konfigurasi pin IC L298
23
Untuk menjalankan motor, pin enable A dan enable B pada IC L298
harus diberi logika 1. Current sensing A dan current sensing B dihubungkan ke
ground. Input 1 dan input 2 masing-masing berlogika 1 dan 0, output 1 dan
output 2 dihubungkan ke motor.
2.6
Sensor
Dalam dunia otomasi, sensor merupakan bagian yang tidak dapat
diabaikan. Hal ini karena peranan sensor itu sendiri sebagai detektor dari
perubahan-perubahan yang terjadi di
lingkungan sekitar. Sensor dapat
didefinisikan dari sebuah perangkat yang mengukur kuantitas fisik dan
mengubahnya menjadi sinyal yang dapat dibaca oleh pembaca atau dengan suatu
alat/instrumen.
D Sharon, dkk (1982), mengatakan sensor adalah suatu peralatan yang
berfungsi untuk mendeteksi gejala-gejala atau sinyal-sinyal yang berasal dari
perubahan suatu energi seperti energi listrik, energi fisika, energi kimia, energi
biologi, energi mekanik dan sebagainya..
2.6.1 Sensor Optik
Salah satu jenis sensor yang banyak digunakan adalah Sensor optik.
Sensor optik atau cahaya merupakan salah satu jenis sensor fisis yang
mendeteksi perubahan cahaya dari sumber cahaya, pantulan cahaya ataupun
bias cahaya yang mengenai benda atau ruangan. Contoh; photo cell, photo
transistor, photo diode, photo voltaic, photo multiplier, pyrometer optic, dsb.
2.6.2 Photo Dioda
Photodioda adalah dioda yang bekerja berdasarkan intensitas cahaya,
dimana jika photodioda terkena cahaya maka photodioda bekerja seperti dioda
pada umumnya, tetapi jika tidak mendapat cahaya maka photodioda akan
berperan seperti resistor dengan nilai tahanan yang besar sehingga arus listrik
tidak dapat mengalir.
24
Gambar 2.11 Simbol Photo Dioda
Photodioda sering digunakan sebagai penangkap gelombang cahaya yang
dipancarkan oleh Inframerah. Jumlah arus tegangan atau listrik yang dihasilkan
tergantung oleh ukuran radiasi yang dipancarkan oleh photodioda inframerah.
Ketika sebuah photon (satu satuan energi dalam cahaya) dari sumber cahaya
diserap, hal tersebut membangkitkan suatu elektron dan menghasilkan
sepasang pembawa muatan tunggal, sebuah elektron dan sebuah hole, di mana
suatu hole adalah bagian dari kisi-kisi semikonduktor yang kehilangan
elektron. Arah arus yang melalui sebuah semikonduktor adalah kebalikan
dengan gerak muatan pembawa. Cara tersebut didalam sebuah photodiode
digunakan untuk mengumpulkan photon - menyebabkan pembawa muatan
(seperti arus atau tegangan) mengalir/terbentuk di bagian-bagian elektroda.
Gambar 2.12 Rangkaian pengkondisi sinyal dari photodiode
Gambar 2.12 diatas merupakan sirkuit yang dapat digunakan sebagai konverter
arus ke tegangan dengan faktor 1000 kali (diatur oleh R3) karena arus balik
photodioda berkisar dari 1 sampai 100 UA output dari U1A berkisar antara -1
sampai -100 mV. Tegangan negatif ini kemudian diperkuat lagi oleh rangkaian
25
inverting amplifier dengan nilai sesuai dengan tingkat input dari kebutuhan,
jumlah penguatan dilakukan dengan mengatur nilai R1 potensimeter.
2.6.3 Pemindaian Sensor Optik
Sebuah teknik pemindaian merupakan metode yang digunakan oleh
sensor fotolistrik untuk mendeteksi objek (sasaran). Pada bagian ini, teknik
terbaik yang digunakan sangat tergantung pada target. Beberapa target
mempunyai warna buram dan yang lainnya sangatlah reflektif. Dalam beberapa
kasus perlu juga untuk mempertimbangkan deteksi perubahan warna. Scanning
jarak juga merupakan faktor dalam memilih teknik pemindaian. Beberapa
teknik bekerja dengan baik pada jarak yang lebih besar sementara yang lain
bekerja lebih baik ketika target lebih dekat dengan sensor.
a.
Thru Beam
Pada metode ini, unit Emitor (pemancar) & Receiver (penerima) terletak
secara terpisah. Agar receiver aktif begitu radiasi IR transmitter tiba, maka
diperlukan keselarasan posisi antara keduanya.
Sebuah objek (target) yang ditempatkan di jalur blok sinar cahaya ke
receiver, menyebabkan output receiver untuk mengubah keadaan. Ketika
target tidak lagi blok jalan cahaya, maka output receiver kembali ke
keadaan normal.
Gambar 2.13 Pemindaian secara Thru-Beam
Thru-beam cocok digunakan untuk mendeteksi obyek buram atau reflektif.
Sebaliknya, thru-beam tidak dapat digunakan untuk mendeteksi objek
26
transparan. Selain itu, getaran dapat menyebabkan masalah keselarasan.
Keuntungan lebih dari thru-beam sensor adalah cocok untuk digunakan
pada lingkungan dengan kontaminan udara. Kisaran penginderaan dapat
mencapai 300 kaki.
b.
Reflective
Reflektif ataupun retroreflective merupakan metode dimana Emitor
(pemancar) dan Receiver (penerima) berada dalam satu unit. Dalam
metode ini dibutuhkan suatu reflektor untuk meneruskan cahaya yang
ditransmisikan oleh emitor dalam garis lurus dan dipantulkan kembali ke
penerima.
Ketika target menghalangi jalan cahaya, maka output dari sensor akan
mengalami perubahan kondisi. Ketika target tidak lagi menghalangi
jalan cahaya, maka sensor akan kembali ke kondisi normal. Kisaran
penginderaan dapat mencapai 35 kaki.
Gambar 2.14 Pemindaian secara Reflective
Metode pemindaian ini tidak dapat mendeteksi benda-benda mengkilap.
Karena benda mengkilap akan memantulkan kembali cahaya ke sensor.
Sehingga sensor tidak dapat membedakan antara cahaya yang dipantulkan
dari benda mengkilap dan cahaya yang dipantulkan dari reflektor.
27
c.
Diffuse
Sama halnya dengan metode Reflektif, pada metode Difusi ini, Emitor
(pemancar) dan Receiver (penerima) berada dalam satu unit. Hanya saja
tidak diperlukan reflector untuk memantulkan cahaya kembali dari Emitor
ke Receiver.
Cahaya dari emitor akan menyerang target (objek) dan cahaya akan
dipantulkan oleh objek tersebut dari permukaan kemudian menyebar ke
semua sudut. Jika receiver (penerima) menerima cukup ringan sebagian
hasil pantulan, maka output sensor akan beralih kondisi. Ketika cahaya
tidak dipantulkan kembali ke penerima, maka keluaran sensor akan
kembali pada kondisi semula.
Dalam metode ini, emitor (pemancar) harus ditempatkan secara tegak lurus
terhadap target (objek). Sementara, receiver (penerima) akan diposisikan
pada beberapa sudut dalam jangkauan dimana cahaya hasil pantulan
tersebar (difus). Hanya sejumlah kecil cahaya yang akan mencapai
penerima, oleh karena itu, metode ini memiliki jangkauan efektif sekitar
40 inchi.
Gambar 2.15 Pemindaian secara Difusi