BAB II LANDASAN TEORI

BAB II
LANDASAN TEORI
2.1
Arduino Controler Board
Arduino adalah nama sebuah produk elektronik mikrokontroler. Arduino
juga merupakan merek dagang terdaftar dan hanya papan resmi yang diberi nama
"Arduino". Tiruan-tiruannya biasanya diakhiri dengan ”duino”[1]. Yaitu sebuah
papan elektronik yang di dalamnya terdapat chip mikrokontroler. Piranti ini dapat
dimanfaatkan untuk mewujudkan suatu pengendalian elektronik dari yang
sederhana hingga kompleks. Bahkan dengan menambahkan komponen tertentu
dapat digunakan untuk pemantauan dan pengendalian jarak jauh dengan melalui
internet.
Arduino juga dapat membuat sebuah komputer
biasa yaitu
output.
lebih dari sekedar PC
dalam pendeteksian dan pengendalian besaran-besaan input dan
Arduino dapat digunakan untuk mengembangkan objet interakif
mengambil data masukan dari berbagai switch dan sensor, dan mengendalikan
output seperti lampu, motor, dan besaran output fisik lainnnya.
Arduino
merupakan
mikrokontroler
yang compact simple
menawarkan berbagai keunggulan:
7
http://digilib.mercubuana.ac.id/
namun
1. Murah,
harga
Arduino
board
adalah
relatif
murah
dibandingkan
mikrokontroler yang lainnya,
2. Lintas platform, perangkat lunak Arduino dapat dijalankan dengan
Windows, machintosh OSX dan Linux operating system. Kebanyakan
mikrokontroler terbatas hanya pada Windows saja.
3. Simpel dan mudah dalam pemrograman, pemrograman Arduino mudah
untuk dilakukan bahkan bagi pemula. Arduino juga sangat cocok untuk
proses pembelajaran tentang mikrokontroler.
4. Open source perangkat lunak, Arduino adalah software yang terbuka bagi
siapa saja untuk mengembangkan berbagai aplikasi
5. Open source perangkat keras, Arduino berbasis mikrokontroler Atmel
ATMEGA8
dan ATMEGA168.
Sehingga
elektronik designer
dapat
melakukan pengembangan sesuai dengan kebutuhannya.
Arduino Controler Board yang digunakan adalah Arduino Uno sebagai
kontroler. Board ini menggunakan mikrokontroler ATmega 328 sebagai kontrol
utama. Flash Memory sebesar 32KB, SRAM sebesar 2KB, dan EEPROM sebesar
1KB.
Clock pada board menggunakan XTAL dengan frekuensi 16 MHz.
Vin
merupakan tempat input tegangan pada board Arduino saat menggunakan sumber
daya eksternal selain USB dan adaptor. Pin 5 V memberikan tegangan output DC
sebesar 5 V saat Arduino board aktif. Pin 3.3 V memberikan tegangan ouput DC
sebesar 3.3 V dan pin Reset digunakan untuk me-reset mikrokontroler.
8
http://digilib.mercubuana.ac.id/
2.1.1 Software Arduino
Arduino pada umumnya bekerja menggunakan pemrograman bahasa C yang
dituliskan pada software Arduino IDE
[3]
. Software IDE Arduino terdiri dari tiga
bagian [11]:
a. Editor Program, yaitu tempat untuk penulisan atau penyuntingan program
yang akan ditanamkan pada Arduino. Setiap program Arduino biasa disebut
sketch [3].
b. Uploader, yaitu modul yang berfungsi untuk memasukkan kode biner ke
dalam memori mikrokontroler.
c. Compiler, yaitu modul yang berfungsi mengubah bahasa pemrograman
kedalam kode biner, karena hanya kode biner yang dapat dipahami
mikrokontroler.
2.1.2 Keuntungan Menggunakan Arduino
1. Bahasa pemrogaman pada Arduino relatif lebih mudah karena modul
pemrograman Arduino dilengkapi dengan banyak library yang lengkap.
2. Tidak memerlukan downloader yang terpisah karena di dalam Arduino telah
tersedia bootloader yang akan menangani flash program dari komputer.
9
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 2.1 Arduino UNO Board
Gambar 2.2 Arduino Software
2.2
Motor Driver L298 Dual H-Bridge
Modul L298 Dual H-Bridge menggunakan ST L298N driver dual full-bridge
10
http://digilib.mercubuana.ac.id/
yang mampu menjalankan beban tegangan tinggi, arus yang tinggi dan di desain
untuk menerima level logika TTL dan menjalankan beban induktif seperti relay,
solenoid, motor DC dan motor stepper.
Gambar 2.3 Motor Driver Dual H-Bridge
Modul driver ini dapat menjalankan dua motor DC pada waktu yang sama. Port A
sama atau simetris dengan port B pada satu modul. Masukan motor DC pada port A
terdiri dari tiga pin yaitu I1, I2, dan EA. I1 dan I2 adalah port digital yang digunakan
untuk mengontrol arah putar motor, sedangkan EA adalah pin yang dihubungkan
dengan pin PWM dari rangkaian kontrol untuk mengatur kecepatan motor. Aturan
untuk arah putar motor oleh I1 dan I2 adalah:
11
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Jika I1 = 1 dan I2 = 0, motor akan berputar searah jarum jam
Jika I1 = 0 dan I2 = 1, motor akan berputar berlawanan dengan arah jarum jam
Jika I1 = I2, maka akan menghentikan putaran motor
Normalnya tidak diperlukan untuk menghubungkan kabel ke suplai daya
logika. Hanya jika suplai daya motor adalah +5Vdc sampai +7Vdc atau +18Vdc
sampai +46Vdc maka harus melepas kabel daya logika dan menghubungkan kabel
suplai 5Vdc ke pin suplai daya logika. Kita dapat mengontrol motor stepper 4 kabel
dengan cara yang sama dengan 2 motor DC dengan sinyal dari EA, I1, I2 dan
EB,I3,I4.
2.3
Liquid Crystal Display (LCD) 2 x 16
LCD 2 x 16 merupakan suatu penampil yang digunakan untuk menampilkan
suatu karakter tertentu yang diberikan oleh sistem. Dalam hal ini yang memberikan
informasi adalah Arduino. Untuk berkomunikasi dengan Mikrokontroler LCD
datanya mempunyai dua buah metode antar muka , yaitu antar muka 4 bit dan antar
muka 8 bit, antar muka LCD 4 bit diatur pada mode penulisan data , dengan
menghubungkan kaki R/W ke GND.
LCD memiliki fasilitas backlighting pada pin 15 dan 16. Untuk data pada D0
sampai D7 juga tiga jalur untuk kontrol dan catu daya.
12
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 2.4 Liquid Crystal Display (LCD) 2 X 16
2.3.1 LCD Keypad Shield
Jenis LCD ini adalah suatu produk yang sudah kompatibel dengan Arduino
board, hal ini dimaksudkan untuk mempermudah penggunaan penampil LCD bagi
pengguna Arduino melalui antarmuka yang sudah disesuaikan. Board LCD keypad
shield ini terdiri dari sebuah LCD 1602 dan keypad yang berjumlah enam tombol,
yakni: select, up, down, right, left, reset. Untuk efisiensi I/O pin digitalnya,
antarmuka komunikasi hanya menggunakan saluran ADC. Nilai yang menentukan
tiap tombol dibaca melalui lima tingkat pembagi tegangan.
Spesifikasi dari LCD keypad shield adalah sebagai berikut:
-
Ukuran PCB : 82.8mm x 56.6mm x 1.6mm
-
Catu daya
: 5Vdc
Sedangkan spesifikasi elektriknya adalah sebagai berikut:
13
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Tabel 2.1 Spesifikasi Elektrik LCD Keypad Shield
Kemudian untuk deskripsi PIN-nya adalah sebagai berikut:
Tabel 2.2 Deskripsi PIN LCD Keypad Shield
Gambar 2.5 LCD Keypad Shield
14
http://digilib.mercubuana.ac.id/
2.4
IC Sensor Suhu LM35DZ
Adalah sebuah merupakan sensor
yang digunakan untuk mendeteksi
perubahan suhu pada titik yang dipasangi sensor. IC LM35DZ ini merupakan sensor
yang berbentuk rangkaian terintegrasi (chip) dan mempunyai output berupa tegangan
yang berubah linear dan proporsional terhadap terhadap temperatur (skala Celcius)
yaitu 10 mV/C
[6]
. IC LM35DZ ini tidak memerlukan kalibrasi eksternal untuk
menghasilkan akurasi +/- ¼ C pada suhu ruangan.
IC LM35DZ ini dapat mengukur suhu antara -55 C sampai dengan + 150 C.
Tegangan sumber yang diperlukan (VS) berkisar 4 sampai 30 VDC. Tegangan
keluaran (Vout) bergantung pada tegangan sumber. Sebagai contoh, jika tegangan
sumber 5 V, tegangan keluaran terbesar adalah 5 V yang dicapai saat suhu sama
dengan 100 C.
Gambar 2.6 IC LM35DZ
15
http://digilib.mercubuana.ac.id/
2.5
Pulse Width Modulation
Pulse Width Modulation (PWM) atau modulasi lebar pulsa adalah sebuah cara
memanipulasi lebar sinyal atau tegangan yang dinyatakan dengan pulsa dalam suatu
perioda, yang akan digunakan untuk mentransfer data pada telekomunikasi ataupun
mengatur tegangan sumber yang konstan untuk mendapatkan tegangan rata-rata yang
berbeda. Keluaran PWM berupa gelombang kotak yang mana siklus kerja gelombang
dapat diubah-ubah untuk mendapatkan sebuah tegangan luaran yang bervariasi yang
merupakan nilai rata-rata dari gelombang tersebut [2].
Sinyal PWM pada umumnya memiliki amplitudo dan frekuensi dasar yang
tetap namun, lebar pulsanya bervariasi. Lebar pulsa PWM berbanding lurus dengan
amplitudo sinyal asli yang belum termodulasi (dalam hal ini adalah sinus). Dengan
kata lain sinyal PWM, frekuensi gelombangnya adalah konstan (tetap) namun duty
cycle bervariasi antara 0% sampai 100%, menurut amplitudo sinyal aslinya. Sinyal
PWM ditunjukkan oleh gambar dibawah ini:
Gambar 2.7 Sebuah gelombang PWM
TON adalah waktu dimana tegangan keluaran berada pada posisi tinggi (logika
1) dan TOFF adalah waktu dimana tegangan keluaran berada pada posisi rendah
(logika 0). TTOTAL adalah waktu satu siklus, atau penjumlahan antara TON dan TOFF,
16
http://digilib.mercubuana.ac.id/
dan disebut periode satu gelombang
[4]
.
Siklus kerja sebuah gelombang didefinisikan pada Persamaan berikut ini:
D
TON
T
 ON
TON  tOFF TTOTAL
(2.1)
Tegangan keluaran dapat bervariasi sesuai dengan siklus kerja dan dapat
dirumuskan dengan Persamaan berikut ini[4]:
VOUT  D  VIN
VOUT 
TON
 VIN
TTOTAL
(2.2)
sehingga tegangan keluaran dapat diubah-ubah secara langsung dengan mengubah
nilai TON[4].
Pembangkitan
sinyal
PWM
dapat
dilakukan
secara
analog
dengan
menggunakan komparator, dan secara digital dengan menggunakan mikrokontroler.
Pembangkitan sinyal PWM secara digital dengan mikrokontroler dipengaruhi
oleh resolusi dari PWM itu sendiri. Mikrokontroler yang memiliki fitur PWM 8-bit
berarti resolusinya 28 = 256, maksudnya keluaran PWM memiliki 256 variasi nilai,
dari 0-255 yang mewakili siklus kerja 0-100%.
Mikrokontroler keluarga ATmega dapat membangkitkan sinyal PWM dalam
mode Fast PWM dan mode Phase-correct PWM
[4]
. Perbedaan bentuk kedua sinyal
keluaran PWM dari mikrokontroler ditunjukkan pada gambar berikut ini:
17
http://digilib.mercubuana.ac.id/
(a)
(b)
Keterangan:
a. Keluaran mode Fast PWM
b. Keluaran mode Phase-correct PWM
Gambar 2.8 Bentuk sinyal keluaran PWM dari mikrokontroler/Arduino
Pada mode Fast PWM, timer akan menghitung secara berulang dari 0 hingga
255. Keluaran PWM akan bernilai logika 1 saat timer berada pada posisi 0, dan akan
bernilai logika 0 saat posisi timer sama dengan nilai register OCR (Output Compare
Register), seperti ditunjukkan pada Gambar berikut ini:
Gambar 2.9 Keluaran sinyal mode fast PWM
Besarnya siklus kerja (D) sebanding dengan nilai di dalam register OCR,
seperti ditunjukkan pada Persamaan berikut ini:
𝐷=
𝑂𝐶𝑅0+1
256
(2.3)
× 100
18
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Frekuensi keluaran (fout) dapat dihitung dengan Persamaan berikut ini:
𝑓𝑜𝑢𝑡 =
𝑓𝑐𝑙𝑘
(2.4)
𝑁×256
dimana fclk adalah frekuensi clock sistem mikrokontroler dan N adalah nilai prescaler
yang digunakan untuk menghasilkan frekuensi clock timer dengan cara membagi
frekuensi clock sistem dengan nilai prescaler. Prescaler bisa bernilai 1, 8, 64, 256,
dan 1024.
Pada mode Phase-correct PWM, timer akan menghitung dari 0 hingga 255
dan kemudian kembali turun hingga 0. Keluaran akan bernilai logika 0 saat timer
bernilai sama dengan nilai register OCR pada saat menghitung naik, dan akan bernilai
logika 1 saat timer bernilai sama dengan nilai register OCR pada saat menghitung
turun. Hasilnya berupa sinyal keluaran yang lebih simetris, seperti ditunjukkan pada
Gambar dibawah ini:
Gambar 2.10 Keluaran sinyal mode Phase-correct PWM
Besarnya siklus kerja (D) dapat dihitung dengan Persamaan berikut ini:
𝐷=
𝑂𝐶𝑅0
255
(2.5)
× 100
19
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Frekuensi keluaran (fout) dapat dihitung dengan Persamaan berikut ini:
𝑓𝑜𝑢𝑡 =
𝑓𝑐𝑙𝑘
(2.6)
𝑁×510
dimana fclk adalah frekuensi clock sistem mikrokontroler dan N adalah nilai prescaler
yang digunakan untuk menghasilkan frekuensi clock timer [4].
2.6
Cara Kerja Turbin Gas Kompresor
Turbin gas ialah alat yang menghasilkan daya mekanikal poros yang
menggerakkan alat-alat tertentu seperti pompa, kompresor, atau generator listrik.
Untuk menghasilkan daya penggerak tersebut, turbin gas melakukan beberapa
proses,yaitu pengambilan udara, kompresi udara, pembakaran, dan ekspansi. Semua
proses ini erat kaitannya dengan temperature dan tekanan yang tinggi. Turbin gas
kompresor akan menghasilkan gas bertekanan dimana kompresornya digerakkan oleh
turbin gas sebagai penggerak mulanya atau dengan kata lain, proses menghasilkan
gas yang potensial ini dihasilkan oleh peralatan didepan power turbin maka disebut
gas producer.
2.6.1 Siklus Turbin Gas
Proses
pengubahan
energi adalah
proses
yang
berlangsung
secara
berkesinambungan dari proses yang satu ke proses yang lain. Pada turbin gas dikenal
siklus brayton, yang merupakan siklus fundamental bagi pengembangan turbin gas,
siklus ini terdiri dari:
-
Proses kompresi (terjadi pada kompresor)
20
http://digilib.mercubuana.ac.id/
-
Proses pembakaran (penambahan kalor pada tekanan tetap)
-
Proses ekspansi di gas producer turbin
-
Proses ekspansi di power turbin
Dimana masing-masing proses terjadi dibagian yang berlainan. Misalnya
antara gas producer dan power turbin, secara fisik power turbin (PT) dan gas
producer (GP) turbin adalah terpisah. Shaft GP menggerakkan engine kompresor,
sedangkan power turbin menggerakkan beban baik itu gas kompresor, pompa,
generator, dan sebagainya. Tetapi keduanya masih dalam casing engine yang sama.
Gambar 2.11 Siklus Brayton dan Diagram sederhana gas turbin kompresor
2.6.2 Gas Booster Kompresor
Fungsi dari booster kompresor adalah untuk menaikkan tekanan dari gas
(alam) untuk penggunaan tertentu.
21
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 2.12 Gas dikompres oleh booster kompresor
Gas kompresor merupakan peralatan unit yang digerakkan dari sebuah turbin
kompresor set. Beberapa kompresor digerakkan oleh turbin engine dengan poros
sambungan langsung dan ada juga yang dihubungkan secara seri yang biasa disebut
pemasangan “tandem” untuk memenuhi kebutuhan proses tertentu. Gas kompresor
sebagian besar bertipe sentrifugal yang didesain untuk menaikkan tekanan gas pada
lapangan sumur minyak gas lift dan juga untuk jaringan pipa gas. Kompresor
sentrifugal ini diklasifikasikan sebagai mesin dinamis (non-positif) dimana pada gas
diberikan suatu gaya inersia oleh sebuah impeller. Dengan gerakan dinamis, maka
akan menambah energi kecepatan dengan percepatan gerak gas. Gas mengalir dari
impeller ke diffuser dimana gas akan diperlambat dan energi kecepatan diubah
menjadi tekanan. Dalam sebuah kompresor sentrifugal, biasanya proses kompresi
berjalan beberapa tingkat dimana untuk tiap-tiap tingkat diperlukan kombinasi alat
berupa: inlet guide vane, impeller, dan diffuser. Satu kombinasi alat tersebut
dinamakan stage.
22
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 2.13 (a). Satu stage kompresor (b). Susunan staging kompresor
Gas yang mengalir pada kompresor dapat dikontrol dengan mengubah beda
tekanan antara kompresor atau dengan mengubah ketinggian tenaga penggeraknya.
Ketika tenaga penggeraknya konstan, pada waktu aliran gas kedalam kompresor
berkurang pada saat mencapai dimana kondisi operasi stabil tidak lagi mungkin,
maka kondisi ini disebut “stall” atau “surge limit”.
Pada kondisi “surge limit”, ada suatu interaksi antara impeller blade dan gas.
Pada saat gas mengalir dalam impeller, gas menjadi tidak stabil secara aerodinamis,
impeller tersebut tidak bisa lagi menjaga energi yang diperlukan untuk mengatasi
tekanan balik dalam sistem kompresor, sehingga “flow balik” terjadi. Proses tersebut
diatas terjadi secara siklus dengan variasi frekuensi dan amplitudo yang berbeda.
Operasi kompresor dalam kondisi surge harus dihindari karena temperature gas akan
naik, juga adanya tenaga gaya dorong yang berlawanan. Kedua hal tersebut
menyebabkan kerusakan komponen dari kompresor.
23
http://digilib.mercubuana.ac.id/