5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Energi Listrik Energi adalah

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Energi Listrik
Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Pengertian energi listrik
adalah kemampuan untuk melakukan atau menghasilkan usaha listrik (kemampuan
yang diperlukan untuk memindahkan muatan dari satu titik ke titik yang lain). Energi
listrik dilambangkan dengan W. Sedangkan perumusan yang digunakan untuk
menentukan besar energi listrik adalah :
W = Q.V …..…………………………………..(2.1)
Keterangan :
W = Energi listrik ( Joule)
Q = Muatan listrik ( Coulomb)
V = Beda potensial ( Volt )
Karena I = Q/t, maka diperoleh perumusan :
W = (I.t).V ……………………………..….…. (2.2)
W = V.I.t ……………………………………...(2.3)
Apabila persamaan tersebut dihubungkan dengan hukum Ohm ( V = I.R) maka
diperoleh perumusan :
W = I.R.I.t …………….………………………(2.4)
Satuan energi listrik lain yang sering digunakan adalah kalori, dimana 1 kalori sama
dengan 0,24
joule. Selain itu juga menggunakan satuan kWh (kilowatt jam).
[Soeparlan,1995]
2.2 Biaya Penggunaan Energi Listrik
Besarnya energi lsitrik dalam satuan SI diukur dalam joule dimana :
1 joule = 1 watt sekon
5
6
Energi 1 joule adalah energi yang sangat kecil.karena itu perusahaan listrik
tidak mengukur energi dalam joule, tetapi dalam satuan lain, yang disebut kWh
(kilowatt hour), diterjemahkan sebagai kilowatt jam. Satuan kWh didefinisikan
sebagai energi listrik yang digunakan oleh suatu alat listrik yang digunakan oleh
suatu alat listrik dengan rating daya satu kilowatt (1 kW) ketika diberi tegangan
sesuai dengan rating tegangannya (tegangan normalnya) selama satu jam.
Secara matematis dinyatakan :
1 kWh = 1 kW x 1 jam
= (1000 W) (3600 s)
= 3600.000 Ws
Jadi, hubungan antara kWh dan joule adalah sebagai berikut:
1 kWh = 3.600.000 joule = 3,6 juta joule
Gambar 2.1 memperlihatkan kwh meter analog.
Gambar 2.1 kWh-meter analog [www.analog.com]
2.3 Pengertian Daya
Daya adalah energi yang dikeluarkan untuk melakukan usaha. Dalam sistem
tenaga listrik, daya merupakan jumlah energi yang digunakan untuk melakukan kerja
atau usaha. Daya listrik biasanya dinyatakan dalam satuan Watt atau Horsepower
(HP), Horsepower merupakan satuan daya listrik dimana 1 HP setara 746 Watt atau
lbft/second. Sedangkan Watt merupakan unit daya listrik dimana 1 Watt memiliki
7
daya setara dengan daya yang dihasilkan oleh perkalian arus 1 Ampere dan tegangan
1 Volt. Daya dinyatakan dalam P, Tegangan dinyatakan dalam V dan Arus
dinyatakan dalam I, sehingga besarnya daya dinyatakan :
P = V x I ………………………………………………….(2.5)
P = Volt x Ampere x Cos φ……………………………….(2.6)
P = Watt
Gambar 2.2 Rangkaian sumber dan beban [Soeparlan,1995]
2.3.1 Daya Aktif
Daya aktif (Active Power) adalah daya yang terpakai untuk melakukan energi
sebenarnya. Satuan daya aktif adalah Watt. Misalnya energi panas, cahaya, mekanik
dan lain – lain.
P = V. I . Cos φ……………………………….…………...(2.7)
Daya ini digunakan secara umum oleh konsumen dan dikonversikan dalam bentuk
kerja.
2.3.2 Daya Reaktif
Daya reaktif adalah jumlah daya yang diperlukan untuk pembentukan medan
magnet. Dari pembentukan medan magnet maka akan terbentuk fluks medan magnet.
Contoh daya yang menimbulkan daya reaktif adalah transformator, motor, lampu
pijar dan lain – lain. Satuan daya reaktif adalah Var.
Q = V.I.Sin φ………………………………………………(2.8)
8
2.3.3 Daya Semu
Daya semu (Apparent Power) adalah daya yang dihasilkan oleh perkalian
antara tegangan rms dan arus rms dalam suatu jaringan atau daya yang merupakan
hasil penjumlahan trigonometri daya aktif dan daya reaktif. Satuan daya nyata adalah
VA.
Gambar 2.3 Penjumlahan trigonometri daya aktif, reaktif dan semu [Soeparlan,1995]
2.3.4 Faktor Daya
Faktor daya (Cos ) dapat didefinisikan sebagai rasio perbandingan antara daya aktif (Watt)
dan daya nyata (VA) yang digunakan dalam sirkuit AC atau beda sudut fasa antara V dan I
yang biasanya dinyatakan dalam cos φ .
Faktor Daya = Daya Aktif (P) / Daya Nyata (S)…………………………(2.9)
= kW / kVA
= V.I Cos φ / V.I
= Cos φ
Faktor daya mempunyai nilai range antara 0 – 1 dan dapat juga dinyatakan dalam persen.
Faktor daya yang bagus apabila bernilai mendekati satu.
Tan φ = Daya Reaktif (Q) / Daya Aktif (P) …………..…….….(2.10)
= kVAR / kW
karena komponen daya aktif umumnya konstan (komponen kVA dan kVAR berubah sesuai
dengan faktor daya), maka dapat ditulis seperti berikut :
Daya Reaktif (Q) = Daya Aktif (P) x Tan φ……………………..(2.11)
9
sebuah contoh, rating kapasitor yang dibutuhkan untuk memperbaiki faktor daya sebagai
berikut :
Daya reaktif pada pf awal = Daya Aktif (P) x Tan φ1
Daya reaktif pada pf diperbaiki = Daya Aktif (P) x Tan φ2
sehingga rating kapasitor yang diperlukan untuk memperbaiki faktor daya adalah :
Daya reaktif (kVAR) = Daya Aktif (kW) x (Tan φ1 - Tan φ2)
Gambar 2.4 Hubungan daya aktif, reaktif dan kapasitansi [Belly Alto,2010]
Seperti terlihat pada gambar 2.4, daya reaktif yang dibutuhkan oleh induktansi selalu
mempunyai beda fasa 90° dengan daya aktif. Kapasitor menyuplai kVAR dan melepaskan
energy reaktif yang dibutuhkan oleh induktor. Ini menunjukan induktansi dan kapasitansi
mempunyai beda fasa 180°.
Pada gambar 2.5, segitiga daya menunjukan faktor daya 0,70 untuk 100 kW (daya
aktif) beban induktif. Daya reaktif yang dibutuhkan oleh beban adalah 100 kVAR. Dengan
memasang 67 kVAR kapasitor, daya nyata akan berkurang dari 142 menjadi 105 kVA.
Hasilnya terjadi penurunan arus 26% dan faktor daya meningkat menjadi 0,95. Energi listrik
digunakan berbanding lurus dengan biaya produksi yang dikeluarkan. Semakin besar energi
listrik yang digunakan maka semakin besar biaya produksi yang dibutuhkan. Dengan
menggunakan power monitoring system dapat diketahui pemakaian energi listrik dan kondisi
energy listrik dari peralatan listrik sehingga menigkatkan efisiensi dari energi listrik yang
10
digunakan dalam pekerjaan dan meminimalkan rugi – rugi pada sistem untuk penyaluran
energi listrik yang lebih efisien dari sumber listrik ke beban. [Yahdi,1995]
Gambar 2.5 Kompensasi daya reaktif [Soeparlan,1995]
Faktor daya terdiri dari dua sifat yaitu faktor daya “leading” dan faktor daya “lagging”.
Faktor daya ini memiliki karakteristik seperti berikut :
1. Faktor Daya “leading” Apabila arus mendahului tegangan, maka faktor daya ini
dikatakan “leading”. Faktor daya leading ini terjadi apabila bebannya kapasitif,
seperti capacitor, synchronocus generators, synchronocus motors dan synchronocus
condensor.
Gambar 2.6 Faktor daya “leading” [Belly Alto,2010]
11
Gambar 2.7 Segitiga daya untuk beban kapasitif [Belly Alto,2010]
2. Faktor Daya “lagging”
Apabila tegangan mendahului arus, maka faktor daya ini dikatakan “lagging”.
Faktor daya lagging ini terjadi apabila bebannya induktif, seperti motor induksi,
AC dan transformator.
Gambar 2.8 Faktor daya “lagging” [Belly Alto,2010]
Gambar 2.9 Segitiga daya untuk beban induktif [Belly Alto,2010]
12
2.4 Pengertian Trafo
Transformer adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah
energy listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain,
melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik.
Gambar 2.10 Transformasi Energi [Utumo,2002]
Transformator atau biasa disebut dengan trafo adalah alat untuk mengubah
tegangan bolak-balik menjadi lebih tinggi atau lebih rendah dan digunakan untuk
memindahkan energi dari suatu rangkaian listrik ke rangkaian berikutnya tanpa
merubah frekuensi.
Dalam aplikasinya trafo dapat dibedakan menjadi 2 macam yaitu :
1. Transformator Step-Up atau tranformator penaik tegangan adalah tranformator
yang digunakan untuk menaikkan tegangan dari rendah ke tegangan yang lebih
tinggi.
2. Transformator Step-Down atau
transformator penurun
tegangan
adalah
transformator yang digunakan untuk menurunkan tegangan dari tinggi ke
tegangan yan lebih rendah.
13
Cara kerja transformator adalah sebagai berikut :
1. Jika kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan arus AC, maka pada
kumparan primer timbul garis-garis gaya magnet yang berubah-ubah.
2. Perubahan garis-garis gaya dari kumparan primer ini menginduksi kumparan
sekunder sehingga pada kumparan sekunder timbul arus bolak-balik.
Dengan memilih jumlah lilitan yang sesuai untuk tiap kumparan dapat
dihasilkan GGL kumparan sekunder yang berbeda dengan GGL kumparan primer.
Hubungan GGL atau tegangan primer (Vp) tegangan sekunder (Vs), jumlah lilitan
kumparan primer (np) dan jumlah lilitan kumparan sekunder (ns) dapat dinyatakan
dengan rumus :
Tegangan primer
Jumlah lilitan primer

Tegangan sekunder Jumlah lilitan sekunder
Vp np

Vs ns
yang biasa disebut dengan perbandingan transformasi. Dengan memperhatikan
perbandingan transformasi kita dapat mengetahui jenis dari transformator tersebut
apakah trafo Step-Up atau Step-Down.
2.4.1 Prinsip Dasar Transformer
Prinsip dasar suatu transformator adalah induksi bersama (mutual induction)
antara dua rangkaian yang dihubungkan oleh fluks magnet. Dalam bentuk yang
sederhana, transformator terdiri dari dua buah kumparan induksi yang secara listrik
terpisah tetapi secara magnet dihubungkan oleh suatu path yang mempunyai
relaktansi yang rendah. Kedua kumparan tersebut mempunyai mutual induction yang
tinggi. Jika salah satu kumparan dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik,
fluks bolak-balik timbul di dalam inti besi yang dihubungkan dengan kumparan yang
lain menyebabkan atau menimbulkan ggl (gaya gerak listrik) induksi ( sesuai dengan
induksi elektromagnet) dari hukum faraday, Bila arus bolak balik mengalir pada
induktor, maka akan timbul gaya gerak listrik (ggl).
14
2.4.2 Prinsip Kerja
Prinsip kerja suatu transformator adalah induksi bersama (mutual induction)
antara dua rangkaian yang dihubungkan oleh fluks magnet. Dalam bentuk yang
sederhana, transformator terdiri dari dua buah kumparan yang secara listrik terpisah
tetapi secara magnet dihubungkan oleh suatu alur induksi. Kedua kumparan tersebut
mempunyai mutual induction yang tinggi. Jika salah satu kumparan dihubungkan
dengan sumber tegangan bolak-balik, fluks bolak-balik timbul di dalam inti besi yang
dihubungkan dengan kumparan yang lain menyebabkan atau menimbulkan ggl (gaya
gerak listrik) induksi ( sesuai dengan induksi elektromagnet) dari hukum faraday.
Gambar 2.11 Rangkaian transformer [Utumo,2002]
2.5 Trafo arus
Trafo arus digunakan untuk pengukuran arus yang besarnya ratusan amper lebih
yang mengalir pada jaringan tegangan tinggi. Jika arus hendak diukur mengalir pada
tegangan rendah dan besarnya dibawah 5 amper, maka pengukuran dapat dilakukan
secara langsung sedangkan arus yang besar tadi harus dilakukan secara tidak
langsung dengan menggunakan trafo arus sebutan trafo pengukuran arus yang besar.
Disamping untuk pengukuran arus, trafo arus juga dibutuhkan untuk pengukuran
daya dan energi, pengukuran jarak jauh dan rele proteksi. Kumparan primer trafo arus
dihubungkan secara serie dengan jaringan atau peralatan yang akan diukur arusnya,
sedangkan kumparan sekunder dihubungkan dengan peralatan meter dan rele
proteksi. Trafo aeus bekerja sebagai trafo yang terhubung singkat. Kawasan kerja
trafo arus yang digunakan untuk pengukuran biasanya 0,05 sampai 1,2 kali arus yang
15
akan diukur. Trafo arus untuk tujuan proteksi biasnya harus mampu bekerja lebih dari
10 kali arus pengenalnya.
Gambar 2.12 Rangkaian Trafo Arus
Prinsip kerja sama dengan trafo daya satu fasa. Jika pada kumparan primer
mengalir arus I1, maka pada kumparan primer akan timbul gaya gerak magnet
sebesar N1 I1. gaya gerak magnet ini memproduksi fluks pada inti. Fluks ini
membangkitkan gaya gerak listrik pada kumparan sekunder. Jika kumparan sekunder
tertutup, maka pada kumparan sekunder mengalir arus I2. arus ini menimbulkan gaya
gerak magnet N2I2 pada kumparan sekunder.
Perbedaan utama trafo arus dengan trafo daya adalah jumlah belitan primer sangat
sedikit, tidak lebih dari 5 belitan. Arus primer tidak mempengaruhi beban yang
terhubung pada kumparan sekundernya, karena arus primer ditentukan oleh arus pada
jaringan yang diukur. semua beban pada kumparan sekunder dihubungkan serie.
terminal sekunder trafo tidak boleh terbuka, oleh karena itu terminal kumparan
sekunder harus dihubungkan dengan beban atau dihubung singkat jika bebannya
belum dihubungkan.
16
2.6 Mikrokontroler ATmega 328
Mikrokontroler ATmega328 memiliki fitur sebagai berikut:
1. Performa tinggi, Daya-rendah AVRR 8-bit mikrokontroler
2. Arsitektur Advanced RISC
a. 131 Instruksi terpadu –Sebagian besar dieksekusi pada satu siklus detak
b. 32 x 8 Register kerja fungsi umum
c. Sampai dengan 20 MIPS pada 20 Mhz
d. Pengali 2 siklus terintegrasi pada chip
e. Pengunci program untuk keamanan software.
3. Memori data dan Program yang tak hilang jika energi listrik dipadamkan
a. 32K bytes Flash yang dapat diprogram pada sistem, daya tahan 10,000 kali
tulis/hapus
b. Pemrograman
pada sistem dengan Program Boot terintegrasi pada chip
Mampu beroperasi membaca selagi menulis pada bagian kode program.
c. 1 KByte EEPROM. Daya tahan 100,000 kali tulis/hapus
d. 1 KByte Internal SRAM
e. Pengunci program untuk keamanan software
4. Fitur perangkat
a. Dua Timer/counter 8 bit dengan penskala terpisah dan mode pembanding
b. Satu Timer/counter 16 bit dengan penskala terpisah, mode pembanding,
dan mode penangkap
c. Real Time Counter dengan Osilator terpisah
d. Empat kanal PWM
e. 6 kanal, 10 bit ADC: 6 kanal ujung tunggal
f. Antar muka serial dua kabel berorientasi byte
g. Serial USART yang dapat diprogram
h. Antarmuka serial SPI master dan slave
i. Watchdog Timer yang dapat diprogram dengan osilator terintegrasi pada chip
dengan osilator yang terpisah
17
5. Fitur spesial mikrokontroler:
a. 0-8 MHz untuk ATmega328
b. Osilator internal RC yang terkalibrasi
c. Enam mode tidur: idle, reduksi noise ADC, Power-save, Power-down,
standby, dan Extended Standby
Gambar 2.13 PinOut Atmega 328 [Atmel,2009]
6. Paket dan I/O
a. 23 jalur I/O yang dapat diprogram
b. 28 pin PDIP
7. Tegangan Operasi
a. 1.8-5.5V untuk ATmega 328
8. Kecepatan siklus
0-20 MHz
18
Gambar 2.14 Blok diagram ATmega328 [Atmel,2009]
Fitur fitur yang disebutkan dapat dilihat pada blok diagram dari ATmega 328 yang
terlihat pada gambar 2.14
19
2.6.1 Memori ATmega328
1. Program Memory
ATMega328 memiliki On-Chip In-System Reprogrammable Flash Memory
untuk menyimpan program. Untuk alasan keamanan, program memory dibagi
menjadi dua bagian yaitu Boot Flash Section dan Application Flash Section. Boot
Flash Section digunakan untuk menyimpan program Boot Loader, yaitu program
yang harus dijalankan pada saat AVR reset atau pertamakali diaktifkan. Application
Flash Section digunakan untuk menyimpan program aplikasi yang dibuat user. AVR
tidak dapat menjalankan program aplikasi ini sebelum menjalankan program Boot
Loader. Besarnya memori Boot Flash Sectiondapat diprogram dari 128 word sampai
1024 word tergantung setting pada konfigurasi bit di register BOOTSZ. Jika Boot
Loader diproteksi, maka program pada Application Flash Section juga sudah aman.
Gambar 2.15 Pemetaan memori ATmega328 [Atmel,2009]
20
2. Data Memory
Gambar 2.15 menunjukkan peta memori SRAM pada ATmega 328. Terdapat
608 lokasi address data memori. 96 lokasi address digunakan untuk Register File dan
I/O Memory sementara 512 lokasi address lainnya digunakan untuk data internal
SRAM. Register File terdiri dari 32 general purpose working register, I/O register
terdiri dari 64 register.
3. EEPROM Data Memory
ATMega 328 memiliki EEPROM sebesar 1 Kbyte untuk menyimpan data.
Lokasinya terpisah dengan sistem address register, data register dan control register
yang dibuat khusus untuk EEPROM.
2.6.2 Status Register (SREG)
Status Register adalah register yang memberikan informasi yang dihasilkan
dari eksekusi instuksi aritmatika. Informasi ini berguna untuk mencari alternatif alur
program sesuai dengan kondisi yang dihadapi.
Bit 7 – I : Global Interrupt Enable Jika bit Global Interrupt Enable diset, maka
fasilitas interupsi dapat dijalankan. Bit ini akan clear ketika ada interrupt yang dipicu
dari hardware, setelah program interrupt dieksekusi, maka bit ini harus di set kembali
dengan instruksi SEI.
Bit 6 – T : Bit Copy Storage Instruksi bit copy BLD dan BST menggunakan bit T
sebagai sumber atau tujuan dalam operasi bit.
Bit 5 – H : Half Carry Flag
Bit 4 – S : Sign ; Bit S = N + V
Bit S merupakan hasil exlusive or dari Negative Flag N dan Two’s Complement
Overflow Flag V.
Bit 3 – V : Two’s Complement Overflow Flag
Digunakan dalam operasi aritmatika
Bit 2 – N : Negative Flag
21
Jika operasi aritmatika menghasilkan bilangan negatif, maka bit ini akan set.
Bit 1 – Z : Zero Flag
Jika operasi aritmatika menghaslkan bilangan nol, maka bit ini akan set.
Bit 0 -C : Carry Flag
berfungsi sebagai bit-overflow
2.6.3 Pin I/O ATmega328
ATmega 328 memiliki 28 jalur I/O, dimana fungsi dari tiap jalur ini diatur oleh
register DDR, PORT dan PIN. Fungsi dari tiap register dijelaskan pada tabel 2.1
Sedangkan fungsi register PIN berguna ketika port I/O sebagai Input maka
pembacaan tiap port dilakukan pada register ini.
Tabel 2.1 Fungsi register yang berkaitan dengan port I/O [Atmel,2009]
2.6.4 Pewaktu CPU
Mikrokontroler ATmega 328 memiliki 4 jenis pewaktu yang pada penggunaannya
dapat dipilih salah satunya, yakni:
1. External Clock menggunakan clock yang langsung diumpankan pada pin XTAL1
2. External RC Clock menggunakan rangkaian R dan C dari luar mikrokontroler
3. Crystal Oscillator menggunakan crystal serta kapasitor resonansi di luar
mikrokontroler
4. Callibrated RC Oscillator menggunakan R dan C yang terintegrasi di dalam
mikrokontroler dan telah terkalibrasi.
Pemilihan salah satu dari ketiga pewaktu CPU ini menggunakan fuse byte dan
dipilih saat mikrokontroler diprogram. [Atmel, 2009]
22
2.7 Mikrokontroler Board Arduino
Mikrokontroler Arduino adalah sebuah platform dari physical computing
yang bersifat open source. Yang dimaksud platform dari physical computing adalah
sebuah sistem atau perangkat fisik yang menggunakan software dan hardware yang
sifatnya interaktif yaitu dapat menerima rangsangan dari lingkungan dan merespon
balik. Physical computing merupakan sebuah konsep untuk memahami hubungan
yang manusiawi antara lingkungan yang sifat alaminya gabungan dari system analog
dengan dunia digital. Dengan konsep inilah maka system dapat diaplikasikan dalam
desain – desain alat atau projek-projek yang menggunakan sensor dan
microcontroller. Dan yang dimaksud dengan sifat arduino yang open source dimana
tidak hanya softwarenya saja yang opensource melainkan hardwarenya pun open
source. Open Source adalah diagram rangkaian elektronik arduino yang digratiskan
kepada semua orang. Setiap orang bisa bebas men-download gambarnya, membeli
komponen-komponennya, membuat PCB-nya dan merangkainya sendiri tanpa harus
membayar kepada para pembuat Arduino. Arduino tidak hanya sekedar sebuah alat
pengembangan, tetapi arduino merupakan kombinasi dari hardware, bahasa
pemrograman dan Integrated Development Environment (IDE) yang canggih.IDE
adalah sebuah software yang sangat berperan untuk menulis program, meng-compile
menjadi kode biner dan meng-upload ke dalam memory microcontroller.
Secara umum Arduino terdiri dari dua bagian, yaitu :
1. Hardware ( papan input/output (I/O)).
2. Software ( Software Arduino meliputi IDE untuk menulis program, driver untuk
koneksi dengan komputer, contoh program dan library untuk pengembangan
program).
Hardware pada arduino yang dimaksud berupa seperangkat system komponen
yang telah terkombinasi dengan mikrokontroler sebagai otak dari system dan
antarmuka ( interface ) yang akan menghubungkan system mikrokontroler dengan
23
system komputer. Komponen utama di dalam papan Arduino adalah sebuah
microcontroller 8 bit dengan merk ATmega yang dibuat oleh perusahaan Atmel
Corporation. Jenis arduino yang digunakan adalah arduino uno yang memiliki
mikrokontroler ATmega 328 sebagai control utamanya. Pada gambar 2.14
diperlihatkan contoh diagram blok sederhana dari microcontroller ATmega328 yang
dipakai pada Arduino Uno.
Gambar 2.16 Blok diagram Mikrokontroler ATmega 328[Feri,2011]
Blok-blok pada gambar 2.16 dijelaskan sebagai berikut:
1.
Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART) adalah antarmuka yang
digunakan untuk komunikasi serial seperti pada RS-232, RS-422 dan RS-485.
2.
2KB RAM pada memory kerja bersifat volatile (hilang saat daya dimatikan),
digunakan oleh variable-variabel di dalam program.
3.
32KB RAM flash memory bersifat non-volatile, digunakan untuk menyimpan
program yang dimuat dari komputer. Selain program, flash memory juga
menyimpan bootloader. Bootloader adalah program inisiasi yang ukurannya
kecil, dijalankan oleh CPU saat daya dihidupkan. Setelah bootloader selesai
dijalankan, berikutnya program di dalam RAM akan dieksekusi.
24
4.
1KB EEPROM bersifat non-volatile, digunakan untuk menyimpan data yang
tidak boleh hilang saat daya dimatikan. Tidak digunakan pada papan Arduino.
5.
Central Processing Unit (CPU), bagian dari microcontroller untuk menjalankan
setiap instruksi dari program.
6.
Port input/output, pin-pin untuk menerima data (input) digital atau analog, dan
mengeluarkan data (output) digital atau analog.
Bagian – bagian papan PCB dari arduino uno dapat dilihat pada gambar 2.17
Gambar 2.17 Bagian bagian arduino uno [Feri,2011]
25
2.8 Empat belas pin input/output digital (0-13)
Berfungsi sebagai input atau output, dapat diatur oleh program. Khusus
untuk 6 buah pin 3, 5, 6, 9, 10 dan 11, dapat juga berfungsi sebagai pin analog output
dimana tegangan output-nya dapat diatur. Nilai sebuah pin output analog dapat
deprogram antara 0 – 255, dimana hal itu mewakili nilai tegangan 0 – 5V.
2.8.1 USB
USB pada board arduino berfungsi untuk:
a. Memuat program dari komputer ke dalam papan
b. Komunikasi serial antara papan dan komputer
c. Memberi daya listrik kepada papan
2.8.2 Sambungan SV1
Sambungan atau jumper untuk memilih sumber daya papan, apakah dari
sumber eksternal atau menggunakan USB. Sambungan ini tidak diperlukan lagi pada
papan Arduino versi terakhir karena pemilihan sumber daya eksternal atau USB
dilakukan secara otomatis.
2.8.3 Q1 – Kristal (quartz crystal oscillator)
Jika microcontroller dianggap sebagai sebuah otak, maka kristal adalah
jantung-nya karena komponen ini menghasilkan detak-detak yang dikirim kepada
microcontroller agar melakukan sebuah operasi untuk setiap detak-nya. Kristal ini
dipilih yang berdetak 16 juta kali per detik (16MHz).
2.8.4 Tombol Reset 1
Untuk me-reset papan sehingga program akan mulai lagi dari awal.
Perhatikan bahwa tombol reset ini bukan untuk menghapus program atau
mengosongkan microcontroller.
26
2.8.5
In-Circuit Serial Programming (ICSP)
Port ICSP memungkinkan pengguna untuk memprogram microcontroller
secara langsung, tanpa melalui bootloader. Umumnya pengguna Arduino tidak
melakukan ini sehingga ICSP tidak terlalu dipakai walaupun disediakan.
2.8.6 IC 1 – Microcontroller Atmega
Komponen utama dari papan Arduino, di dalamnya terdapat CPU, ROM
dan RAM.
2.8.7 X1 – Sumber daya external – sumber daya eksternal
Jika hendak disuplai dengan sumber daya eksternal, papan Arduino dapat
diberikan tegangan DC antara 9-12V.
2.8.9 Enam pin input analog (0-5)
Pin ini sangat berguna untuk membaca tegangan yang dihasilkan oleh
sensor analog, seperti sensor suhu. Program dapat membaca nilai sebuah pin input
antara 0 – 1023, dimana hal itu mewakili nilai tegangan 0 – 5V.
2.9
Software Arduino
Sehubungan dengan pembahasan untuk saat ini software Arduino yang akan
digunakan adalah driver dan IDE, walaupun masih ada beberapa software lain yang
sangat berguna selama pengembangan Arduino.
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
mengedit program dalam bahasa Processing.
2.
Compiler, sebuah modul yang mengubah kode program (bahasa Processing)
menjadi kode biner. Bagaimanapun sebuah microcontroller tidak akan bisa
27
memahami bahasa Processing. Yang bisa dipahami oleh microcontroller adalah
kode biner. Itulah sebabnya compiler diperlukan dalam hal ini.
3.
Uploader, sebuah modul yang memuat kode biner dari Jomputer ke dalam
memory di dalam papan Arduino.
Gambar 2.18 adalah contoh tampilan IDE Arduino dengan sebuah sketch yang
sedang diedit.
Gambar 2.18 Tampilan IDE Arduino
2.10 LCD Liquid Cristal Display
2.10.1 LCD 2x16 Penjelasan 16 Pin pada LCD
Gambar 2.19 Contoh LCD 2 x 16 dan Pin pada LCD
Gambar 2.19 LCD 2x16 [www.digi-ware.com]
28
2.10.1.1 Pin VDD, VSS dan VEE
VDD dan VEE merupakan power supply untuk LCD. VDD dihubungkan ke
power supply DC +5V dan VEE di hubungkan ke power supply DC 0V (ground).
Sedangkan VEE di gunakan untuk mengatur kontras LCD.
2.10.1.2 Pin RS (Register Select)
Pin RS ini berfungsi untuk mengontrol instruksi LCD. Jika pin RS ini dibuat low (0), maka instruksi yang dijalankan adalah special instruksi LCD. Seperti
Instruksi untuk On/Off LCD, Instruksi untuk geser kursor dan lain sebagainnya. Jika
pin RS ini dibuat high (1), maka instruksi yang dijalankan adalah instruksi untuk
mengirim informasi atau data ke LCD.
2.10.1.3 Pin R/W (Read / Write)
Pin R/W ini berfungsi untuk membaca infromasi dari LCD atau menulis
informasi ke LCD. Jika pin R/W ini dibuat low (0), maka infromasi yang ada pada
data bus (D0 ~ D7 jika mode pemogramannya 8 bit, D4~D7 jika mode pemogramnya
4 bit) di tulis ke LCD. Jika pin R/W di buat high (1), maka infromasi pada LCD di
baca oleh program. informasi yang di baca hanya satu informasi saja, yaitu membaca
Status LCD saja. Status LCD di baca melalui pinj D7. Pin R/W selalu di set low (0),
kecuali pada saat membaca status LCD di set high (1).
2.10.1.4 Pin D0 - D7 (Bus data)
Pin-pin ini merupakan 8 bus data yang berfungsi untuk membaca atau
mengirim informasi dari dan ke LCD. ketelapan bus data tersebut, bisa di gunakan
dalam 2 kondisi, yaitu :
1. Jika mode pemograman yang di gunakan mode 8 bit, maka 8 bus data tersebut di
gunakan semuanya.
2. Jika mode pemograman yang digunakan mode 4 bit, maka hanya 4 bus data saja
yang digunakan, yaitu D4 ~ D7, sedangkan D0 ~ D3 di hubungkan ke ground.
29
2.10.1.5 Pin EN (Enable)
Pin ini merupakan sinyal enable untuk proses pengiriman data ke LCD.
pada saat pengiriman data ke LCD, Pin ini di set low (0).
2.11 Resistor sebagai Pembagi Tegangan.
Menghubungkan resistor seri seperti ini pada tegangan DC memiliki satu
keuntungan, tegangan yang berbeda muncul di setiap resistor menghasilkan sebuah
rangkaian yang disebut Rangkaian Pembagi Tegangan. Rangkaian yang ditunjukkan
di atas adalah pembagi tegangan sederhana di mana tiga 1V, 2V dan 6V dihasilkan
dari satu supply tegangan battery 9V. Hukum tegangan Kirchoff menyatakan bahwa "
tegangan dalam rangkaian tertutup sama dengan jumlah semua tegangan (IR) di
seluruh rangkaian". Rangkaian dasar Resistor Seri sebagai Pembagi Tegangan dapat
dilihat pada gambar rangkaian 2.20.
Gambar 2.20 Rangkaian Pembagi Tegangan [ http://electronical-instrument.blogspot.com]
Dalam rangkaian dua resistor yang dihubungkan secara seri melalui Vin,
yang merupakan tegangan listrik yang terhubung ke resistor, Rtop, di mana tegangan
keluaran Vout adalah tegangan resistor Rbottom yang diberikan oleh formula. Jika
30
lebih resistor dihubungkan secara seri pada rangkaian maka tegangan yang berbeda
akan muncul di setiap resistor berkaitan dengan masing-masing hambatan R (IxR
hukum Ohms) menyediakan tegangan berbeda dari satu sumber pasokan/catudaya.
Namun, harus berhati-hati ketika menggunakan jaringan jenis ini sebagai impedansi
karena
dapat
mempengaruhi
tegangan
keluaran.
Sebagai
contoh;
Misalkan hanya memiliki 12V DC supply dan rangkaian yang memiliki impedansi
50Ω memerlukan pasokan 6V. Menghubungkan dua nilai yang sama resistor,
misalkan masing-masing 50Ω bersama-sama sebagai sebuah jaringan pembagi
potensial di 12V akan mendapatkan hasil yang diharapkan /baik sampai
menambahkan beban rangkaian kedalam jaringan.
2.12 Antarmuka USB
Gambar 2.21 Konektor USB (Tipe A dan B) [www.wikipedia.com]
Gambar 2.22 Konektor USB [www.wikipedia.com]
USB ( Universal Serial Bus) adalah standar bus serial untuk perangkat
penghubung, biasanya kepada komputer namun juga digunakan di peralatan lainnya
seperti konsol permainan, ponsel dan PDA.Sistem USB mempunyai desain yang
asimetris, yang terdiri dari pengontrol host dan beberapa peralatan terhubung yang
berbentuk pohon dengan menggunakan peralatan hub yang khusus.
31
Desain USB ditujukan untuk menghilangkan perlunya penambahan expansion
card ke ISA komputer atau bus PCI, dan memperbaiki kemampuan plug-and-play
(pasang-dan-mainkan) dengan memperbolehkan peralatan-peralatan ditukar atau
ditambah ke sistem tanpa perlu mereboot komputer. Ketika USB dipasang, ia
langsung dikenal sistem komputer dan memroses device driver yang diperlukan untuk
menjalankannya.
USB dapat menghubungkan peralatan tambahan komputer seperti mouse,
keyboard, pemindai gambar, kamera digital, printer, hard disk, dan komponen
networking. USB kini telah menjadi standar bagi peralatan multimedia seperti
pemindai gambar dan kamera digital.
Versi terbaru (hingga Januari 2005) USB adalah versi 2.0. Perbedaan paling
mencolok antara versi baru dan lama adalah kecepatan transfer yang jauh meningkat.
Kecepatan transfer data USB dibagi menjadi tiga, antara lain:
1.
High speed data dengan frekuensi clock 480.00Mb/s dan tolerasi pensinyalan data
pada ± 500ppm.
2.
Full speed data dengan frekuensi clock 12.000Mb/s dan tolerasi pensinyalan data
pada ±0.25% atau 2,500ppm.
3.
Low speed data dengan frekuensi clock 1.50Mb/s dan tolerasi pensinyalan data
pada ±1.5% atau 15,000ppm.

2.13 Persinyalan USB
USB adalah host-centric bus di mana host/terminal induk memulai semua
transaksi. Paket pertama/penanda (token) awal dihasilkan oleh host untuk enjelaskan
apakah paket yang mengikutinya akan dibaca atau ditulis dan apa tujuan dari
perangkat dan titik akhir. Paket berikutnya adalah data paket yang diikuti oleh
handshaking packet yang melaporkan apakah data atau penanda sudah diterima
dengan baik atau pun titik akhir gagal menerima data dengan baik.
Setiap proses transaksi pada USB terdiri atas:
32
1.
Paket token/sinyal penanda (Header yang menjelaskan data yang mengikutinya)
2.
Pilihan paket data (termasuk tingkat muatan) dan
3.
Status paket (untuk acknowledge/pemberitahuan hasil transaksi dan untuk koreksi
kesalahan)
Nomor kaki USB dapat dilihat pada gambar 2.23
Gambar 2.23 Pin USB [www.wikipedia.com]
2.14 Paket data umum USB
Data di bus USB disalurkan dengan cara mendahulukan Least Significant
Bit(LSB). Paket-paket USB terdiri dari data-data berikut ini:
1.
Sync
Semua paket harus diawali dengan data sync. Sync adalah data 8 bit untuk low
dan full speed atau data 32 bit untuk high speed yang digunakan untuk
mensinkronkan clock dari penerima dengan pemancar. Dua bit terakhir
mengindikasikan dimana data PID dimulai.
2.
PID (Packet Identity/Identitas paket)
PID adalah field untuk menandakan tipe dari paket yang sedang dikirim. Tabel
2.2 menunjukkan nilai-nilai PID.
33
Tabel 2.2 Tabel nilai PID [www.wikipedia.com]
Ada 4 bit PID data, supaya
yakin diterima dengan benar, 4 bit
dikomplementasikan dan diulang, menjadikan 8 bit data PID.
Hasil dari pengaturan tersebut dapat dilihat pada gambar 2.24 :
Gambar 2.24 Gambar hasil pengaturan 4bit USB [www.wikipedia.com]
34
3.
ADDR (address)
Bagian alamat dari peralatan dimana paket digunakan. Dengan lebar 7 bit, 127
peralatan dapat disambungkan. Alamat 0 tidak sah, peralatan yang belum terdaftar
harus merespon paket yang dikirim ke alamat 0.
4.
ENDP (End point)
Titik akhir dari field yang terdiri dari 4 bit, menjadikan 16 kemungkinan titik
akhir. Low speed devices, hanya dapat mempunyai 2 tambahan end point pada
puncak dari pipe default. (maksimal 4 endpoints)
5.
CRC
Cyclic Redundancy Check dijalankan pada data di dalam paket yang dikirim.
Semua penanda (token) paket mempunyai sebuah 5 bit CRC ketika paket data
mempunyai sebuah 16 bit CRC.
6.
EOP (End of packet)
Akhir dari paket yang disinyalkan dengan satu angka akhir 0 (Single Ended
Zero/SEO) untuk kira-kira 2 kali bit diikuti oleh sebuah J 1 kali. Data yang
dikirim dalam bus USB adalah salah satu dari 4 bentuk, yaitu control, interrupt,
bulk, atau isochronous.
2.15 Pengenalan Aplikasi Visual
Aplikasi adalah adalah suatu subkelas perangkat lunak komputer yang
memanfaatkan kemampuan komputer langsung untuk melakukan suatu tugas yang
diinginkan pengguna Biasanya dibandingkan dengan perangkat lunak sistem yang
mengintegrasikan berbagai kemampuan komputer, tapi tidak secara langsung
menerapkan
kemampuan
tersebut
untuk
mengerjakan
suatu
tugas
yang
menguntungkan pengguna. Contoh utama perangkat lunak aplikasi adalah pengolah
kata, lembar kerja, dan pemutar media.
Visual adalah dapat dilihat, maka Pemrograman(aplikasi) visual adalah
pengembangan bahasa pemrograman untuk mendesain sebuah aplikasi yang user
35
friendly (dapat dilihat oleh alat visual manusia yaitu mata) dan interaktif dengan enduser.
Delphi adalah sebuah bahasa pemrograman dan lingkungan pengembangan
perangkat lunak. Produk ini dikembangkan oleh Borland. Dengan menggunakan Free
Pascal yang merupakan proyek opensource, bahasa ini dapat pula digunakan untuk
membuat program yang berjalan di sistem operasi Mac OS X dan Windows CE.
Keunggulan bahasa pemrograman ini terletak pada produktivitas, kualitas,
pengembangan perangkat lunak, kecepatan kompilasi, pola desain yang menarik yang
menarik serta diperkuat dengan pemrogramannya yang terstruktur.
2.16 IDE (Integrated Development Environment) Delphi
Lingkungan
pengembangan
terpadu
atau
Integrated
Development
Environment (IDE) adalah bagian dari Delphi yang digunakan untuk memungkinkan
pemrograman secara visual merancang tampilan untuk para user (antarmuka
pemakai) dan menuliskan listing program atau kode.
Gambar 2.25 Tampilan Utama IDE Delphi
1. Menu Bar
Berfungsi untuk memilih tugas-tugas tertentu , seperti memulai, membuka,
dan menyimpan project, mengompilasi project menjadi file executable (EXE), dan
lain-lain.
36
Gambar 2.26 Menu bar pada Delphi
2. Tool Bar/Speed Bar
Memiliki fungsi yang sama seperti menu bar, tetapi berfungsi seperti jalan
pintas karena lebih praktis dalam penggunaannya.
Gambar 2.27 Toolbar dan Speed Bar pada Delphi
3. Component Palette
Component Palette berisi kumpulan ikon yang melambangkan komponenkomponen yang terdapat pada VCL (Visual Component Library). Pada Component
Palette, akan ditemukan beberapa page control, seperti Standard, Additional, Win32,
System, Data Access dan lain-lain. Ikon tombol pointer terdapat di setiap page
control.
Gambar 2.28 Compponent Palette pada Delphi
4. Form
Form Designer merupakan suatu objek yang dapat dipakai sebagai tempat
untuk merancang program aplikasi. Form berbentuk sebuah meja kerja yang dapat
diisi dengan komponen-komponen yang diambil dari Component Palette.
37
Gambar 2.29 Form Designer pada Delphi
5. Object Inspector
Object Inspector digunakan untuk mengubah properti dan karakteristik dari
sebuah komponen. Object Inspector terdiri dari dua tab, yaiti Properties dan Events.
Tab Properties digunakan untuk mengubah properti komponen. Properti dengan
tanda + menunjukkanbahwa propeti tersebut mempunyai subproperti. Tab Events,
bagian yang dapat diisi dengan kode program tertentu yang berfungsi unuk
menangani event-event (kejadiankejadian yang berupa sebuah procedure) yang dapat
direspon oleh sebuah komponen.
38
Gambar 2.30 Object Inspector pada Delphi
6. Object Tree View
Object Tree View menampilkan diagram pohon dari komponen-komponen
yang bersifat visual maupunnonvisual yang telah terdapat dalam form , data module,
atau frame. Object Tree View juga menampilkan hubungan logika antarkomponen.
Gambar 2.31 Object TreeView pada Delphi
39
7. Code Editor
Code Editor merupaka tempat menuliskan kode program atau pernyataanpernyataan dalam Object Pascal. Code Editor dilengkapi dengan fasilitas highlight
yang memudahkan pemakai menemukan kesalahan. Title bar yang terletak pada
bagian atas jendela code editor menunjukkan nama file yang sedang disunting, serta
pada bagian informasi yang perlu untuk diperhatikan, yaitu : Nomor baris/kolom
yang terletak pada bagian paling kiri.
Bagian ini berfungsi untuk menunjukkan posisi kursor di dalam jendela Code
Editor. Modified menunjukkan bahwa file yang sedang disunting telah mengalami
perubahan tersebut belum disimpan. Teks ini akan hilang jika telah menyimpan
perubahan. Insert/Overwrite yang terletak pada bagian paling kanan menunjukkan
bahwa modus pengetikan teks dalam jendela Code Editor. Insert menunjukkan bahwa
modus penyisipan teks dalam keadaan aktif, sedangkan Overwrite menunjukkan
bahwa modus penimpaan teks dalam keadaan aktif.
Gambar 2.32 Code Editor pada Delphi