4 BAB II LANDASAN TEORI Pada bab ini, saya - USU-IR

BAB II
LANDASAN TEORI
Pada bab ini, saya akanmenjelaskan komponen-komponenutama yang digunakandan
pembahasan tentang pengukuran kecepatan dalam merancang alat ukur kecepatan benda
bergerak denganberbasis Arduino uno.
2.1 ARDUINO UNO
Adalah sebuah board mikrokontroler yang didasarkan pada ATmega328 (datasheet).
Arduino UNO mempunyai 14 pin digital input/output (6 diantaranya dapat digunakan
sebagai output PWM), 6 input analog, sebuahosilator Kristal 16 MHz, sebuah koneksi USB,
sebuah power jack, sebuah ICSP header, dan sebuat tombol reset. Arduino UNO memuat
semua yang dibutuhkan untuk menunjang mikrokontroler, mudah menghubungkannya ke
sebuah computer dengan sebuah kabel USB atau mensuplainya dengan sebuah adaptor AC
ke DC atau menggunakan baterai untuk memulainya.
Arduino Uno adalah salah satu kit mikrokontroler yang berbasis pada ATmega28.Modul ini
sudah dilengkapi dengan berbagai hal yang dibutuhkan untuk mendukung mikrokontroler
untuk bekerja, hanya sambungkan ke power suply atau sambungkan melalui kabel USB ke
PCmu Arduino Uno ini sudah siap sedia. Arduino Uno ini memilki 14 pin digital
input/output, 6 analog input, sebuah resonator keramik 16MHz, koneksi USB, colokan
power input, ICSP header, dan sebuah tombol reset.
``
Gambar 2.1.bBoard Arduino Uno
4
Universitas Sumatera Utara
Arduino memiliki kelebihan tersendiri disbanding board mikrokontroler yang lain selain
bersifat open source, arduino juga mempunyai bahasa pemrogramanya sendiri yang berupa
bahasa C. Selain itu dalam board arduino sendiri sudah terdapat loader yang berupa USB
sehingga memudahkan kita ketika kita memprogram mikrokontroler didalam arduino.
Sedangkan pada kebanyakan board mikrokontroler yang lain yang masih membutuhkan
rangkaian loader terpisah untuk memasukkan program ketika kita memprogram
mikrokontroler. Port USB tersebut selain untuk loader ketika memprogram, bisa juga
difungsikan sebagai port komunikasi serial.
Arduino menyediakan 20 pin I/O, yang terdiri dari 6 pin input analog dan 14 pin digital
input/output. Untuk 6 pin analog sendiri bisa juga difungsikan sebagai output digital jika
diperlukan output digital tambahan selain 14 pin yang sudah tersedia. Untuk mengubah pin
analog menjadi digital cukup mengubah konfigurasi pin pada program. Dalam board kita bisa
lihat pin digital diberi keterangan 0-13, jadi untuk menggunakan pin analog menjadi output
digital, pin analog yang pada keterangan board 0-5 kita ubah menjadi pin 14-19. dengan kata
lain pin analog 0-5 berfungsi juga sebagi pin output digital 14-16.
Sifat open source arduino juga banyak memberikan keuntungan tersendiri untuk kita dalam
menggunakan board ini, karena dengan sifat open source komponen yang kita pakai tidak
hanya tergantung pada satu merek, namun memungkinkan kita bisa memakai semua
komponen yang ada dipasaran.
Bahasa pemrograman arduino merupakan bahasa C yang sudah disederhanakan syntax bahasa
pemrogramannya
sehingga
mempermudah
kita
dalam
mempelajari
dan
mendalami
mikrokontroller.
Deskripsi Arduio UNO:
Tabel 2.1.bDeskripsi Arduino Uno
5
Universitas Sumatera Utara

Power
Arduino dapat diberikan power melalui koneksi USB atau power supply.Powernya diselek
secara otomatis.Power supply dapat menggunakan adaptor DC atau baterai. Adaptor dapat
dikoneksikan dengan mencolok jack adaptor pada koneksi port input supply. Board arduino
dapat dioperasikan menggunakan supply dari luar sebesar 6 - 20 volt. Jika supply kurang dari
7V, kadangkala pin 5V akan menyuplai kurang dari 5 volt dan board bisa menjadi tidak stabil.
Jika menggunakan lebih dari 12 V, tegangan di regulator bisa menjadi sangat panas dan
menyebabkan kerusakan pada board.Rekomendasi tegangan ada pada 7 sampai 12 volt.
Penjelasan pada pin power adalah sebagai berikut :

Vin
Tegangan input ke board arduino ketika menggunakan tegangan dari luar (seperti yang
disebutkan 5 volt dari koneksi USB atau tegangan yang diregulasikan). Pengguna dapat
memberikan tegangan melalui pin ini, atau jika tegangan suplai menggunakan power jack,
aksesnya menggunakan pin ini.

5V
Regulasi power supply digunakan untuk power mikrokontroller dan komponen lainnya pada
board. 5V dapat melalui Vin menggunakan regulator pada board, atau supply oleh USB atau
supply regulasi 5V lainnya.

3V3
Suplai 3.3 volt didapat oleh FTDI chip yang ada di board. Arus maximumnya adalah 50mA

Pin Ground
Berfungsi sebagai jalur ground pada arduino
 Memori
ATmega328 memiliki 32 KB flash memori untuk menyimpan kode, juga 2 KB yang
digunakan untuk bootloader. ATmega328 memiliki 2 KB untuk SRAM dan 1 KB untuk
EEPROM
6
Universitas Sumatera Utara
2.1.1Input & Output
Setiap 14 pin digital pada arduino dapat digunakan sebagai input atau output, menggunakan
fungsi pinMode(), digitalWrite(), dan digitalRead(). Input/output dioperasikan pada 5
volt.Setiap pin dapat menghasilkan atau menerima maximum 40 mA dan memiliki internal
pull-up resistor (disconnected oleh default) 20-50K Ohm.
Beberapa pin memiliki fungsi sebagai berikut :

Serial : 0 (RX) dan 1 (TX). Digunakan untuk menerima (RX) dan mengirim (TX) TTL
data serial. Pin ini terhubung pada pin yang koresponding dari USB ke TTL chip serial.

Interupt eksternal : 2 dan 3. Pin ini dapat dikonfigurasikan untuk trigger sebuah
interap pada low value, rising atau falling edge, atau perubahan nilai.

PWM : 3, 5, 6, 9, 10, dan 11. Mendukung 8-bit output PWM dengan fungsi
analogWrite().

SPI : 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Pin ini mensuport komunikasi SPI,
yang mana masih mendukung hardware, yang tidak termasuk pada bahasa arduino.

LED : 13. Ini adalah dibuat untuk koneksi LED ke digital pin 13. Ketika pin bernilai
HIGH, LED hidup, ketika pin LOW, LED mati.
2.1.2Spesifikasi Arduino Uno

Mikrokontroler ATmega328

Catu Daya 5V

Teganan Input (rekomendasi) 7-12V

Teganan Input (batasan) 6-20V

Pin I/O Digital 14 (of which 6 provide PWM output)

Pin Input Analog 6

Arus DC per Pin I/O 40 mA

Arus DC per Pin I/O untuk PIN 3.3V 50 mA

Flash Memory 32 KB (ATmega328) dimana 0.5 KB digunakan oleh bootloader

SRAM 2 KB (ATmega328)

EEPROM 1 KB (ATmega328)

Clock Speed 16 MHz
7
Universitas Sumatera Utara
2.1.3Software Arduino uno
Arduino Uno dapat diprogram dengan perangkat lunak Arduino .di Arduino terdapat
bootloader yang memungkinkan Anda untuk meng-upload kode baru untuk itu tanpa
menggunakan programmer hardware eksternal.
IDE Arduino adalah software yang sangat canggih ditulis dengan menggunakan Java. IDE
Arduino terdiri dari:
1.
Editor program, sebuah window yang memungkinkan pengguna menulis dan
mengeditprogram dalam bahasa Processing.
2.
Compiler, sebuah modul yang mengubah kode program (bahasa Processing) menjadi
kode biner. Bagaimanapun sebuah mikrokontroler tidak akan bisa memahami bahasa
Processing. Yang bisa dipahami oleh mikrokontroler adalah kode biner. Itulah sebabnya
compiler diperlukan dalam hal ini.
3.
Uploader, sebuah modul yang memuat kode biner dari komputer ke dalam memory
didalam papan Arduino.Sebuah kode program Arduino umumnya disebut dengan istilah
sketch. Kata“sketch” digunakan secara bergantian dengan “kode program” dimana keduanya
memiliki arti yang sama.
Gambar 2.4.1Tampilan IDE Arduino dengan sebuah sketch
8
Universitas Sumatera Utara
2.1.4Bahasa Pemograman Arduino Berbasis Bahasa C
Seperti yang telah dijelaskan diatas program Arduino sendiri menggunakan bahasa C.
walaupun banyak sekali terdapat bahasa pemrograman tingkat tinggi (high level language)
seperti pascal, basic, cobol, dan lainnya. Walaupun demikian, sebagian besar dari
paraprogramer profesional masih tetap memilih bahasa C sebagai bahasa yang lebih unggul,
berikut alasan-alasannya:

Bahasa C merupakan bahasa yang powerful dan fleksibel yang telah terbukti dapat
menyelesaikan program-program besar seperti pembuatan sistem operasi, pengolah gambar
(seperti pembuatan game) dan juga pembuatan kompilator bahasa pemrograman baru.

Bahasa C merupakan bahasa yang portabel sehingga dapat dijalankan di beberapa
sistem operasi yang berbeda. Sebagai contoh program yang kita tulis dalam sistem operasi
windows dapat kita kompilasi didalam sistem operasi linux dengan sedikit ataupun tanpa
perubahan sama sekali.

Bahasa C merupakan bahasa yang sangat populer dan banyak digunakan oleh
programer berpengalaman sehingga kemungkinan besar library pemrograman telah banyak
disediakan oelh pihak luar/lain dan dapat diperoleh dengan mudah.

Bahasa C merupakan bahasa yang bersifat modular, yaitu tersusun atas rutin-rutin
tertentu yang dinamakan dengan fungsi (function) dan fungsi-fungsi tersebut dapat digunakan
kembali
untuk
pembuatan
program-program
lainnya
tanpa
harus
menulis
ulang
implementasinya.

Bahasa C merupakan bahasa tingkat menengah (middle level language) sehingga
mudah untuk melakukan interface (pembuatan program antar muka) ke perangkat keras.

Struktur penulisan program dalam bahasa C harus memiliki fungsi utama, yang
bernama main(). Fungsi inilah yang akan dipanggil pertama kali pada saat proses eksekusi
program. Artinya apabila kita mempunyai fungsi lain selain fungsi utama, maka fungsi lain
tersebut baru akan dipanggil pada saat digunakan.
Oleh karena itu bahasa C merupakan bahasa prosedural yang menerapakan konsep runtutan
(program dieksekusi per baris dari atas ke bawah secara berurutan), maka apabila kita
menuliskan fungsi-fungsi lain tersebut dibawah fungsi utama, maka kita harus menuliskan
bagian prototipe (prototype), hal ini dimaksudkan untuk mengenalkan terlebih dahulu kepada
kompiler daftar fungsi yang akan digunakan di dalam program. Namun apabila kita
menuliskan fungsi-fungsi lain tersebut diatas atau sebelum fungsi utama, maka kita tidak
perlu lagi untuk menuliskan bagian prototipe diatas. (Djuandi, Feri. (2011) )
9
Universitas Sumatera Utara
Selain itu juga dalam bahasa C kita akan mengenal file header, biasa ditulis dengan ekstensi
h(*.h), adalah file bantuan yang yang digunakan untuk menyimpan daftar-daftar fungsi yang
akan digunakan dalam program. Bagi anda yang sebelumnya pernah mempelajari bahasa
pascal, file header ini serupa dengan unit. Dalam bahasa C, file header standar yang untuk
proses input/output adalah <stdio.h>.
Perlu sekali untuk diperhatikan bahwa apabila kita menggunakan file header yang telah
disediakan oleh kompilator, maka kita harus menuliskannya didalam tanda‘<’ dan ‘>’
(misalnya<stdio.h>). Namun apabila menggunakan file header yang kita buat sendiri, maka
file tersebut ditulis diantara tanda “ dan ” (misalnya “cobaheader.h”). perbedaan antara
keduanya terletakpada saat pencerian file tersebut. Apabila kita menggunakan tanda <>, maka
file tersebut dianggap berada pada direktori deafault yang telah ditentukan oleh
kompilator.Sedangkan apabila kita menggunakan tanda “”, maka file header dapat kita dapat
tentukan sendiri lokasinya.
File header yang akan kita gunakan harus kita daftarkan dengan menggunakan directive
#include. Directive #include ini berfungsi untuk memberi tahu kepada kompilator bahwa
program yang kita buat akan menggunakan file-file yang didaftarkan. Berikut ini contoh
penggunaan directive #include.#include”myheader.h”
Setiap kita akan menggunakan fungsi tertentu yang disimpan dalam sebuah file header, maka
kita juga harus mendaftarkan file headernya dengan menggunakan directive #include. Sebagai
contoh, kita akan menggunakan fungsi getch() dalam program, maka kita harus mendaftarkan
file header<conio.h>.
Perlindungan Arus USB
Arduino Uno memiliki polyfuse reset yang melindungi port USB komputer Anda dari arus
pendek atau berlebih. Meskipun kebanyakan komputer memberikan perlindungan internal
sendiri, sekering menyediakan lapisan perlindungan tambahan.Jika lebih dari 500 mA,
sekering otomatis bekerja.
Karakteristik Fisik
Panjang maksimum dan lebar PCB Uno masing-masing adalah 2,7 dan 2,1 inci, dengan
konektor USB dan colokan listrik yang melampaui dimensi tersebut. Empat lubang sekrup
10
Universitas Sumatera Utara
memungkinkan board harus terpasang ke permukaan. Perhatikan bahwa jarak antara pin
digital 7 dan 8 adalah 0,16", tidak seperti pin lainnya
2.1.5Menghitung Jarak
Jarak merupakan panjang lintasan yang dilalui.Jarak menyatakan panjang atau jauh antara dua
benda atau tempat. Panjang atau jauh (jalan) antara Madiun dan Malang adalah 184 km,
artinya jarak antara kota Madiun dan Malang adalah 184 km. Satuan yang digunakan untuk
menyatakan jarak sama dengan satuan panjang, yaitu kilometer (km), hektometer (hm),
dekameter (dam), meter (m), desimeter (dm), centimeter (cm), dan milimeter (mm). Tetapi
satuan yang sering digunakan adalah kilometer (km) dan meter (m).
2.1.6Satuan Kecepatan
Kecepatan adalah waktu yang digunakan untuk menempuh jarak tertentu, dalam waktu
tertentu.Kecepatan dapat diukur secara langsung menggunakan alat yang dinamakan
spedometer.Spedometer terdapat pada kendaraan bermotor dan kendaraan roda empat.Alat ini
berguna untuk menunjukkan kecepatan kendaraan pada saat melaju di jalan.Satuan
kecepatannya km/jam. Satuan kecepatan dirumuskan sebagai berikut :
Satuan Kecepatan = Satuan Jarak : Satuan waktu
Menentukan Kecepatan bahwa satuan kecepatan =Satuan jarak / satuan waktu . Dari satuan
kecepatan ini dapat diturunkan rumus kecepatan yaitu: Kecepatan = Jarak yang ditempuh :
waktu yang ditempuh.Misal kecepatan = v, jarak yang ditempuh = s, dan Waktu tempuh = t,
rumus kecepatan dapat ditulis:
V=S:T
Menyelesaikan Masalah yang Berkaitan dengan Waktu, Jarak, dan Kecepatan Masalah yang
berkaitan dengan waktu, jarak, dan kecepatan adalah perjalanan.Waktu, berkaitan dengan
keberangkatan, lama perjalanan, waktu istirahat, dan saat sampai atau tiba di tempat tujuan.
Jarak, menyatakan panjang atau jauhnya perjalanan yang dilakukan antara 2 tempat (dua kota,
dsb). Kecepatan, adalah waktu yang digunakan untuk menempuh jarak tertentu.Kecepatan
selalu berhubungan antara waktu dan jarak.Kecepatan 60 km/jam, artinya dalam waktu 1 jam
ditempuh jarak sejauh 60 km.
11
Universitas Sumatera Utara
2.1.7Gerak lurus beraturan
2.7.1.Sistem koordinat kutub dua dimensi
Gerak Lurus Beraturan (GLB) adalah suatu gerak lurus yang mempunyai kecepatan konstan.
Maka nilai percepatannya adalaha = 0. Gerakan GLB berbentuk linear dan nilai kecepatannya
adalah hasil bagi jarak dengan waktu yang ditempuh.
Rumus:
Dengan ketentuan:

= Jarak yang ditempuh (km, m)

= Kecepatan (km/jam, m/s)

= Waktu tempuh (jam, sekon)
Catatan:
1.
Untuk mencari jarak yang ditempuh, rumusnya adalah
2.
Untuk mencari waktu tempuh, rumusnya adalah
3.
Untuk mencari kecepatan, rumusnya adalah
.
.
.
Kecepatan rata-rata
12
Universitas Sumatera Utara
Rumus:
2.1.8Gerak lurus berubah beraturan
Gerak lurus berubah beraturan adalah gerak yang lintasannya berupa garis lurus dengan
kecepatannya yang berubah beraturan.
Percepatannya bernilai konstan/tetap.
Rumus GLBB ada 3, yaitu:



Dengan ketentuan:

= Kecepatan awal (m/s)

= Kecepatan akhir (m/s)

= Percepatan (m/s2)

= Jarak yang ditempuh (m)
2.2 INFRA RED
2.2.1 pengertian infra red
Infra red detector atau sensor infra merah adalah komponen elektronika yang dapat
mengidentifikasi cahaya infra merah (infra red, IR).Sensor infra merah atau detector infra
merah saat ini ada yang di buat khusus dalam satu modul dan dinamakan sebagai IR Detector
photomodules. IR Detector photomodules merupakan sebuah chip detector infra merah digita
yang didalamnya terdapat photodiode dan penguat (amplifier).
13
Universitas Sumatera Utara
2.2.1.a Gambar sensor infra red
2.2.2sistem sensor infra red
System sensor infra red pada dasarnya menggunakan infra merah sebagai media untuk
komunikasi data antara receiver dan transmitter. System akan bekerja jika sinar infra merah
yang di pancarkan terhalang oleh suatu benda yang mengakibatkan sinar infra merah tersebut
tidak dapa terdeteksi oleh penerima.
2.2.3
rangkaian sederhana sensor infra red
2.2.3.a Gambar rangkaian sederhana sensor rangkaian infra red
2.2.4
prinsip kerja infra red
Pada rangkaian pemancar hanya pengaturan supaya LED infra merah menyala dan tidak
kekurangan atau kelebihan daya, oleh karena itu gunakan resistor 680 ohm. Pada rangkaian
penerima photo transistor berfungsi sebagai alat sensor yang berguna merasakan adanya
perubahan intensitas cahaya infra merah.pada saat infra merah belum mengenai photo
transistor, maka photo transistor bersifat sebagai saklar terbuka sehingga transistor berada
14
Universitas Sumatera Utara
pada posisi cut off ( terbuka). Karena kolektor dan emitor terbuka maka sesuai dengan hukum
pembagi tegangan, tegangan pada kolektor emitor sama dengan tegangan supply (berlogika
tinggi).
2.3 PHOTODIODA
Phodioda adalah suatu jenis dioda yang resistansinya berubah ubah kalau cahaya yang
jatuhnpada dioda berubah ubah intensitasnya.Dalam gelap nilai tahanannya sangat besar
sehingga praktis tidak ada arus yang maengalir.Semakin kuat cahaya yang jatuh pada dioda
maka makin kecil pula nilai tahanannya, sehingga arus yang mengalir semakin besar. Jika
photodioda persambungan p-n bertegangan balik disinari, maka arus akan berubah secara
linier dengan kenaikan fluks cahaya yang dikenakan pada persambungan tersebut .
photodioda terbuat dari bahan semi konduktor. Biasanya bahan yang digunsksn adalah silikon
(Si) atau gallium arsenide (GaAs) Termasuk indium arsenide (InAs), lead selenide(PbSe) dan
tima sulfide (PBS).
2.3.a Gambar photodioda
2.3.1 PRINSIP KERJA PHOTODIODA
Photodioda dibuat dari semikonduktor dengan bahan yang populer adalah silicon ( Si) atau
galium arsenida ( GaAs), dan yang lain meliputi InSb, InAs, PbSe. Material ini menyerap
cahaya dengan karakteristik panjang gelombang mencakup: 2500 Å – 11000 Å untuk silicon,
8000 Å – 20,000 Å untuk GaAs. Ketika sebuah photon (satu satuan energi dalam cahaya) dari
sumber cahaya diserap, hal tersebut membangkitkan suatu elektron dan menghasilkan
15
Universitas Sumatera Utara
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
Prinsip kerja photodioda :

Cahaya yang diserap oleh photodiode

Terjadinya pergeseran foton

Menghasilkan pasangan electron-hole dikedua sisi

Electron menuju [+] sumber & hole menuju [-] sumber

Sehingga arus akan mengalir di dalam rangkaian
2.4LCD((LiquidCristalDisplay)
LCD adalah lapisan dari campuran organik antara lapisan kaca bening dengan elektroda
transparan indium oksida dalam bentuk tampilan seven-segment dan lapisan elektroda pada
kaca belakang. Ketika elektroda diaktifkan dengan medan listrik (tegangan), molekul organik
yang panjang dan silindris menyesuaikan diri dengan elektroda dari segmen. Lapisan
sandwich memiliki polarizer cahaya vertikal depan dan polarizer cahaya horisontal belakang
yang diikuti dengan lapisan reflektor. Cahaya yang dipantulkan tidak dapat melewati
molekul-molekul yang telah menyesuaikan diri dan segmen yang diaktifkan terlihat menjadi
gelap dan membentuk karakter data yang ingin ditampilkan.
2.4.a GAMBAR LCD
16
Universitas Sumatera Utara
2.5 Resistor
Pengertian Resistor adalah komponen elektronika yang memang didesain memiliki dua
kutup yang nantinya dapat digunakan untuk menahan arus listrik apabila di aliri tegangan
listrik antara kedua kutub tersebut. Resistor biasanya banyak digunakan sebagai bagian dari
sirkuit elektronik.Tak cuma itu, komponen yang satu ini juga yang paling sering digunakan
di antara komponen lainnya.Resistor adalah komponen yang terbuat dari bahan isolator yang
didalamnya mengandung nilai tertentu sesuai dengan nilai hambatan yang diinginkan.
Berdasarkan hukum Ohm, nilai tegangan terhadap resistansi berbanding dengan arus yang
mengalir :
Bentuk dari resistor sendiri saat ini ada bermacam-macam.Yang paling umum dan sering di
temukan di pasaran adalah berbentuk bulat panjang dan terdapat beberapa lingkaran warna
pada body resistor.Ada 4 lingkaran yang ada pada body resistor.Lingkaran warna tersebut
berfungsi untuk menunjukan nilai hambatan dari resistor.
2.5 Gambar resistor
17
Universitas Sumatera Utara