bab ii landasan teori

 BAB II
LANDASAN TEORI
Pada bab ini akan menjelaskan mengenai teori yang mendukung dalam
pembuatan dan perealisasian proyek akhir. Teori yang akan dibahas yaitu
Mikrokontroler Atmega 8535, transistor, relay, motor listrik, Time Delay Relay
(TDR), pengepresan (pressing), perangkat lunak (Software).
2.1
Mikrokontroler
Mikrokontroler merupakan sebuah sistem komputer yang dikemas
menjadi sebuah IC (Single Chip). Di dalam IC mikrokontroler memiliki
perangkat penunjang seperti yang terdapat dalam mikrokomputer yaitu
mempunyai memori RAM dan ROM, I/O, pusat pengolahan data (Central
Processing Unit), dan clock seperti yang dimiliki oleh komputer PC,
namun karena kemasannya sangat kecil maka spesifikasi dan kemampuan
yang dimiliki oleh mikrokontroler masih rendah dibandingkan dengan
sistem komputer PC. Akan tetapi, walaupun kemampuan mikrokontroler
lebih rendah dari komputer PC, mikrokontroler ini bentuknya lebih
fleksibel dan lebih kecil sehingga dapat digunakan pada sistem-sistem
yang relatif tidak terlalu kompleks.
Pada proyek akhir ini mikrokontroler yang digunakan adalah
mikrokontroler AVR Atmega 8535, karena pada mikrokontroler ini
mempunyai fitur yang lengkap dan memiliki kapasitas memori data serta
memori program yang cukup besar, ADC internal, timer/counter. Dengan
fitur yang cukup lengkap ini, sangat memungkinkan jika menggunakan
mikrokontroler Atmega 8535 karena lebih mudah dan efisien. Gambar 2.1
menunjukan tampilan dari mikrokontroler Atmega 8535.
4
Gambar 2.1. Mikrokontroler Atmega 8535
Berikut ini adalah fitur-fitur lengkap yang dimiliki dari
mikrokontroler Atmega 8535:
1.
Dilengkapi dengan programmable serial USART.
2.
Portal
komunikasi
serial
(USART)
dengan
kecepatan
maksimal 2,5 Mbps.
3.
Mempunyai 8 channel ADC 10 bit
4.
Memiliki perangkat antarmuka serial Two-Wire dengan
orientasi byte.
5.
Memiliki timer internal yang dapat difungsikan sebagai Realtimer.
6.
Memiliki timer yang dapat difungsikan sebagai PWM (Pulse
Width Modulation).
7.
Memiliki watchdog timer dengan osilator internal.
8.
SRAM sebesar 512 byte.
9.
Port amtarmuka SPI.
10. Pengoprasian memerlukan tegangan rendah, yaitu 4,5V s/d
5,5V.
11. Pemograman dapat dilakukan pada saat run time.
12. CPU memiliki 32 buah register untuk user dan 64 buah
register sebagai pegontrol yang ada pada mikrokontroler ini.
5
Mikrokontroler Atmega 8535 memiliki 40 pin dengan 32 pin
diantaranya digunakan sebagai Port pararel. Satu Port pararel terdiri dari
8 pin, sehingga jumlah Port pada mikrokontroler adalah 4 Port, yaitu Port
A, Port B, Port C, dan Port D. Sebagai contoh adalah Port A memiliki pin
antara Port A.0 sampai dengan Port A.7, demikian selanjutnya untuk Port
B, Port C, dan Port D. Konfigurasi pin mikrokontroler dapat dilihat pada
gambar 2.2.
Gambar 2.2. Konfigurasi Pin Mikrokontroler Atmega 8535
Dari konfigurasi pin mikrokontroler pada gambar 2.2, dapat dilihat
pada pin 12 dan pin 13 yaitu XTAL2 dan XTAL1 merupakan penghasil
clock pada mikrokontroler, clock yang dihasilkan mampu membuat
mikrokontroler memproses program yang akan dilakukan. Tabel 2.1
merupakan penjelasan pada setiap pin.
6
Tabel 2.1. Pin Mikrokontroler Atmega 8535
DAFTAR
KETERANGAN
PIN
PB0 - PB7 merupakan port I/O 8-bit dua arah dengan resistor
pull-up internal, masing – masing port dapat difungsikan
sebagai berikut :

XCK (USART External Clock Inpu/Output)
PB0 : T0 (Timer/Counter 0 External Counter Input)
1-8

PB1 : T1 (Timer/Counter 1 External Counter Input)

PB2 : AIN0 (Analog Comparator Positif Input)

PB3 : AIN1 (Analog Comparator Negatif Input)
OC0 (Output Compare Timer/Counter 0)
9

PB4 : SS (SPI Slave Select Input)

PB5 : MOSI (SPI Bus Master Output)

PB6 : MISO (SPI Bus Master Input)

PB7 : SCK (SPI Bus Serial Clock)
RESET, pin reset ini akan berkerja apabila diberi pulsa
rendah selama 1,5 us.
10
VCC, Catu daya
11
GND, Ground catu daya
12
XTAL2, output dari penguat osilator pembalik
13
XTAL1, input ke penguat osilator pembalik
PD0-PD7, merupakan port I/O 8-bit dua arah dengan resistor
pull-up internal, masing – masing port dapat difungsikan
sebagai berikut :
14-21

PD0 : RXD (USART receiver)

PD1 : TXD (USART transmitter)

PD2 : INT0 (External Interrupt 0 Input)

PD3 : INT1 (External Interrupt 1 Input)
7

PD4 : OC1B (Output Compare B Timer/Counter 1)

PD5 : OC1A (Output Compare A Timer/Counter 1)

PD6 : ICPI (Timer/Counter 1 Input Capture)

PD7 : OC2 (Output Compare Timer/Counter 2)
PC0-PC7, merupakan port I/O 8-bit dua arah dengan resistor
pull-up internal, masing – masing port dapat difungsikan
sebagai berikut :

PC0 : SCL (Serial Clock, I2C)

PC1 : SDA (Seria Data/Output, I2C)

PC6 : TOSC1 (Timer Oscillator 1)

PC7 : TOSC2 (Timer Oscillator 2)
22-29
30
2.2
Avcc, adalah catu daya yang digunakan untuk input ADC
Transistor
Transistor merupakan salah satu komponen elektronika yang
banyak sekali dipakai di dunia industri. Transistor yang umum dipakai
memiliki 3 (tiga) metode kerja yaitu :
a. Cut Off adalah kondisi dimana transistor tidak mengalirkan arus listrik.
b. Saturasi adalah kondisi dimana transistor tepat mengalirkan arus listrik.
c. Aktif adalah kondisi dimana transistor bisa disebut sebagai penguat.
Simbol – simbol transistor bipolar dapat dilihat pada gambar 2.3
Gambar 2.3. Simbol – Simbol Transistor Bipolar
8
Dari 3 (tiga) metode kerja pada transistor tersebut, dapat dijelaskan
juga pada gambar 2.4 yang merupakan karakteristik transistor.
Gambar 2.4. Karakteristik Transistor
Dari gambar 2.4, dapat dijelaskan kembali bahwa parameter –
parameter pada transistor yaitu dapat dilihat pada tabel 2.2.
Tabel 2.2. Parameter – Parameter Pada Transistor
Parameter
Penjelasan
Jumlah jenis perangkat merupakan nomor bagian individu
yang diberikan ke perangkat. Nomor perangkat biasanya
Jenis Nomor
sesuai dengan JEDEC (Amerika) atau Pro-Elektron
(Eropa). Ada juga sistem standar Jepang untuk penomoran
pada transistor
Memeriksa sambungan pin karena pin-pin tersebut
tidak selalu standar. Beberapa jenis transistor mungkin
Kasus
memiliki sambungan pin dengan format EBC,
sedangkan kadang-kadang sambungan pin dengan
format ECB, dan ini dapat menyebabkan kebingungan
dalam beberapa kasus.
Bahan yang digunakan untuk suatu perangkat sangat
Bahan
penting karena mempengaruhi persimpangan bias
maju dan karakteristik lainnya. Bahan yang paling
9
umum digunakan untuk transistor bipolar adalah
silikon dan germanium.
Polaritas pada perangkat sangat penting karena
mendefinisikan polaritas bias dan pengoperasian pada
perangkat. Dua tipe NPN dan PNP. NPN adalah jenis
yang paling umum. Kedua tipe ini memiliki kecepatan
Polaritas
yang lebih tinggi sebagai elektron Ketika berjalan
dalam konfigurasi emitor umum, sirkuit NPN akan
menggunakan tegangan rel positif dan garis umum
negatif, transistor PNP akan membutuhkan rel negatif
dan tegangan umum positif.
VCEO
Tegangan kolektor emiter dan bias terbuka
VCBO
Tegangan kolektor bias dan emiter terbuka
VEBO
Tegangan emiter bias dan kolektor terbuka
IC
Arus kolektor
ICM
Arus puncak kolektor
IBM
Arus puncak bias
Disipasi daya total - ini biasanya untuk suhu sekitar
PTOT
25oC. Ini adalah nilai maksimum dari daya yang
didapat dengan aman.
ICBO
Arus cut off kolektor bias
IEBO
Arus cut off emiter bias
hFE
Peningkatan arus
VCEsat
Tegangan saturasi kolektor emiter
VBEsat
Tegangan saturasi bias emiter
Cc
Kapasitas kolektor
Ce
Kapasitas emiter
Secara fungsinya transistor dapat berfungsi sebagai saklar, kondisi
ini setara dengan kondisi transistor pada saat saturasi dan fungsi lain dari
transistor adalah sebagai penguat sinyal yakni sama dengan kondisi
transistor pada saat transistor dalam keadaan mode kerja aktif.
10
Transistor – transistor yang digunakan pada proyek akhir ini
berbeda-beda, namun dalam penggunaanya sama yaitu sebagai switching
untuk mengaktifkan kontak relay. Transistor yang digunakan yaitu
transistor BC 107, transistor BC 547, dan transistor BD 139. Dapat dilihat
pada gambar 2.5, gambar 2.6, dan gambar 2.7 adalah transistor yang
digunakan.
Gambar 2.5. Komponen Transistor BC 107
Transistor BC 107 merupakan transistor tipe NPN yang digunakan
sebagai switching untuk mengaktifkan kontak relay dan relay tersebut akan
memberikan kontak pada lampu indikator. Pengaturan switch ini bisa
dilakukan dengan mengatur bias sebuah transistor sampai transistor jenuh,
maka seolah-olah akan mendapatkan hubungan singkat antara kaki
kolektor dan emitor.
11
Gambar 2.6. Komponen Transistor BC547
Transistor BC547 merupakan transistor tipe NPN yang digunakan
untuk switching agar mengaktifkan kontak relay dan relay tersebut akan
memberikan kontak pada motor dc. Proses switch ini sama halnya dengan
transistor BC107.
Gambar 2.7. Komponen Transistor BD139
Transistor BD139 merupakan transistor tipe NPN, sama halnya
dengan transistor BC107 dan BC547 yang digunakan sebagai switching,
akan
tetapi
penggunaan
transistor
BD139
ini
digunakan
mengaktifkan kontak relay yang akan menggerakan motor ac.
12
untuk
2.3
Relay
Relay adalah suatu komponen yang menggunakan elektromagnet
untuk mengoperasikan seperangkat kontak saklar. Susunan paling
sederhana terdiri dari kumparan kawat penghantar yang dililit pada inti
besi dan apabila dialiri arus melalui kumparan maka akan menjadi magnet
yang menarik kontak relay. Kontak relay dapat ditarik apabila gaya
magnet dapat mengalahkan gaya pegas yang melawannya. Besarnya gaya
magnet yang terjadi tergantung pada jumlah lilitan kumparan, celah udara
pada medan magnet, dan kuat arus yang mengalir. Dapat dilihat pada
gambar 2.8 adalah simbol – simbol relay.
Gambar 2.8. Simbol - Simbol Relay
Relay dapat digunakan pada rangkaian driver motor ac maupun
rangakaian driver motor dc. Jenis – jenis relay yang dapat digunakan pada
rangkaian driver motor, dapat dilihat pada gambar 2.9 dan gambar 2.10.
13
Gambar 2.9. Jenis-Jenis Relay Untuk Driver Motor AC
Gambar 2.10. Jenis-jenis relay untuk driver motor dc
Relay memiliki beberapa bentuk kontak, pada gambar 2.11
memperlihatkan jenis-jenis kontak relay.
Gambar 2.11. Jenis-Jenis Kontak Relay
14
Kontak relay memiliki tiga cara kerja agar dapat berfungsi dengan
baik, yaitu:
1. Pada saat kumparan dialiri arus listrik maka kontak sakelar
akan tertutup, proses ini disebut relay normally open (NO).
2. Pada saat kumparan dialiri arus listrik maka kontak sekelar
akan terbuka, proses ini disebut relay normally close (NC).
3. Dan bila relay dialiri arus listrik maka kontak sakelar tengah
yang normalnya tertutup tetapi akan membuat kontak dengan
yang lain, proses ini disebut relay change over (CO).
2.4
Motor Listrik
Motor listrik adalah sebuah perangkat elektromagnetis yang
mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik
digunakan untuk memutar pompa, blower, kompresor, mengangkat beban,
dll. Motor listrik digunakan juga diperalatan rumah seperti : bor listrik,
mixer, kipas angin dan bisa juga digunakan di industri. Motor listrik juga
bisa disebut “kuda kerja” di industri, karena motor – motor tersebut
digunakan sekitar 70% beban listrik total pada setiap industri.
Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor listrik secara umum
yaitu :

Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar/torsi untuk memutar
kumparan

Arus listrik pada medan magnet akan memberikan gaya

Jika kawat yang membawa arus dibelokan menjadi lingkaran,
maka kedua sisi tersebut pada sudut kanan medan magnet,
akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan

Motor-motor yang memiliki beberapa
lingkaran pada
dinamonya untuk memberikan tenaga putaran yang lebih
seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan
elektromagnetik.
15
Dalam memahami sebuah motor, sangat penting untuk memahami
apa yang dimaksud dengan beban motor. Beban ini mengacu pada
keluaran tenaga putar sesuai dengan kecepatan yang diperlukan. Beban
umumnya dapat dikelompokan dalam tiga bagian yaitu :

Beban dengan variabel putaran adalah beban dengan putaran
yang bervariasi dengan kecepatan operasi. Contohnya beban
dengan variabel putaran adalah kipas angin dan pompa
sentrifugal

Beban dengan putaran konstan adalah beban yang permintaan
keluaran energinya bervariasi dengan kecepatan operasinya,
namun putarannya tidak bervariasi. Contohnya beban dengan
putaran konstan adalah konveyor, pompa displacement
konstan, dan rotary kilns.

Beban dengan energi konstan adalah beban dengan permintaan
putaran yang berubah dan berbanding terbalik dengan
kecepatan. Contohnya untuk beban dengan daya konstan
adalah peralatan-peralatan mesin.
Pada motor listrik dibagi menjadi dua jenis yaitu motor DC dan
motor AC, motor tersebut diklasifikasikan berdasarkan pasokan input
tegangan, konstruksi, dan mekanisme operasinya. Pada gambar 2.12
diperlihatkan diagram klasifikasi jenis motor listrik.
Gambar 2.12. Klasifikasi Jenis Utama Motor Listrik
16
2.4.1. Motor DC
Motor arus searah (motor DC) digunakan pada penggunaan
khusus dimana diperlukan penyalaan putaran yang tinggi atau
percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatan yang luas. Pada
gambar 2.13 diperlihatkan jenis – jenis motor dc.
Gambar 2.13. Jenis-Jenis Motor DC
Motor DC memiliki tiga komponen utama yaitu:

Dinamo
Bila arus menuju ke dinamo, maka arus ini akan menjadi
elektromagnet.
Dinamo
yang
berbentuk
silinder,
dihubungkan ke sumbu penggerak untuk menggerakan
beban. Untuk kasus motor DC yang kecil, dinamo berputar
dalam medan maget yang dibentuk oleh kutub-kutub,
sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika
hal itu terjadi, maka arusnya berbalik untuk merubah kutubkutub utara dan selatan dinamo.

Kutub Medan
Secara sederhana bahwa interaksi dua kutub medan magnet
akan menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC
17
yang
memiliki
kutub
stasioner
dan
dinamo
yang
menggerakan bearing pada ruang diantara kutub medan.
Motor dc sederhana memiliki dua kutub medan yaitu kutub
utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar
melintasi pembuka diantara kutub selatan dan utara. Untuk
motor yang lebih besar atau lebih komplek terdapat satu
atau lebih elektromagnet. Elektromagnet ini menerima
listrik dari sumber daya sebagai penyedia struktur medan.

Commutator
Komponen ini ditemukan dalam motor DC. Fungsi dari
komponen ini adalah membalikan arah arus listrik dalam
dinamo. Commutator juga membantu dalam transmisi arus
antara dinamo dan sumber daya.
Keuntungan dari motor DC adalah kecepatannya mudah
untuk dikendalikan dan tidak mempengaruhi kualitas dari pasokan
daya. Untuk mengatur motor DC ini dapat dikendalikan dengan
cara:

Mengendalikan arus medan, dengan menurunkan arus
medan maka kecepatan yang dihasilkan dapat ditingkatkan.

Mengendalikan
tegangan
dinamo,
dengan
menaikan
tegangan dinamo maka kecepatan dapat ditingkatkan.
Jenis-jenis motor dc dibagi dua yaitu:
a. Motor DC sumber daya terpisah (Separately Excited) yaitu
arus medan yang diberikan input dari sumber secara
terpisah.
b. Motor DC daya sendiri (Self Excited) yaitu arus medan
yang diberikan input dari satu sumber, contoh: motor shunt.
18
2.4.2. Motor AC
Motor AC menggunakan arus listrik yang membalikan
arahnya secara teratur pada rentang waktu tertentu. Motor listrik
AC memiliki dua buah bagian dasar listrik yaitu stator dan rotor.
Pada gambar 2.14 diperlihatkan bagian stator dan rotor pada motor
listrik AC.
Gambar 2.14. Bagian Stator dan Rotor Pada Motor AC
Stator merupakan komponen listrik statis dan rotor
merupakan komponen listrik berputar untuk memutar as motor.
Keuntungan utama motor DC terhadap motor AC adalah kecepatan
motor AC lebih sulit dikendalikan, dan untuk mengatasi kesulitan
ini, motor AC dapat dilengkapi dengan penggerak frekuensi
variabel
untuk
meningkatkan
kendali
kecepatan
sekaligus
menurunkan dayanya.
Jenis-jenis motor AC yaitu:
a. Motor sinkron
Motor sinkron adalah motor AC yang bekerja pada
kecepatan tetap dan pada frekuensi tertentu. Motor ini
memerlukan arus DC untuk pembangkit daya dan memiliki
torsi awal yang rendah, oleh karena itu motor sinkron cocok
19
untuk penggunaan awal dengan beban rendah, seperti
generator motor dan kompresor udara.
b. Motor Induksi
Motor induksi merupakan motor yang paling umum
digunakan
pada
berbagi
peralatan
industri.
Karena
rancangannya sederhana, murah, dan mudah didapat, serta
dapat langsung dihubungkan ke sumber daya AC.
2.5 Time Delay Relay (TDR)
Time delay relay (TDR) atau relay penunda batas waktu banyak
digunakan dalam instalasi motor listrik, terutama instalasi yang
membutuhkan pengaturan waktu secara otomatis. Peralatan kontrol ini
dapat dikombinasikan dengan peralatan kontrol lain, contohnya dengan
MC (Magnetic Contactor), Thermal Over Load Relay. Pada gambar 2.15
diperlihatkan simbol TDR.
Gambar 2.15. Simbol TDR
Fungsi dari peralatan kontrol ini adalah sebagai pengatur waktu
bagi peralatan yang dikendalikan. Timer ini dimaksudkan untuk mengatur
waktu hidup atau mati dari kontaktor. Timer dapat dibedakan dari cara
kerjanya yaitu:
a. Timer yang bekerja dengan prinsip induktor motor listrik akan
bekerja apabila motor listrik mendapatkan tegangan AC sehingga
memutar gigi mekanis dan menarik serta menutup kontak secara
mekanis dalam jangka waktu tertentu.
20
b. Relay yang menggunakan prinsip elektronik, terdiri dari R dan C
yang dihubungkan seri atau pararel, apabila tegangan telah mengisi
penuh pada kapasitor, maka relay akan terhubung. Lamanya waktu
tunda diatur berdasarkan besarnya pengisian kapasitor. Bagian
input timer biasanya dinyatakan sebagai kumparan dan bagian
output sebagai kontak NO (Normally Open) atau NC (Normally
Close).
Relay penunda batas waktu ini, cara kerjanya berdasarkan
kumparan pada timer akan bekerja selama mendapatkan arus, apabila telah
mencapai batas waktu yang diinginkan maka secara otomatis timer akan
mengunci dan membuat kontak NO menjadi NC dan NC menjadi NO.
Dapat dilihat pada gambar 2.16 dan gambar 2.17 adalah bentuk
timer yang digunakan dan diagram pada timer tersebut.
Gambar 2.16. Bentuk Time Delay Relay
Gambar 2.17. Diagram Time Delay Relay
21
2.6
Pengepresan (Pressing)
Pressing yaitu melakukan proses penekanan terhadap bahan atau
benda yang akan dipress agar lebih rapih dan berkualitas tinggi, dengan
cara kerjanya:
1)
Memeriksa bahan yang akan dipress agar jelas yang akan
dilakukan
2)
Proses pengepresan dilakukan dari atas ke bawah
3)
Mengatur waktu yang dibutuhkan dalam proses pengepresan
4)
Mengatur suhu yang dibutuhkan agar plastik yang sudah dipress
tidak bocor (udara masuk lagi ke dalam plastik)
Proses pengepresan bantal ini dapat memberikan pengaruh yang
besar pada tampilan yang dihasilkan, sehingga akan meningkatkan kualitas
dan harga dari bantal tersebut. Proses pengepresan yang dimaksud adalah
top pressing. Top pressing adalah proses dimana bantal yang sudah selesai
dibuat dan dibungkus dengan plastik lalu di press, dengan demikian hasil
bantal yang dibuat dapat dikemas dengan tampilan yang lebih baik.
2.7
Perangkat Lunak (Software)
Pemograman yang dilakukan pada pembuatan proyek akhir ini
yaitu menggunakan Basic Compiler (BASCOM) AVR. Basic Compiler
adalah suatu program compiler dengan bahasa pemograman tingkat tinggi
yang dilengkapi dengan simulasi ke bahasa mesin. Definisi dari bahasa
pemograman yaitu bahasa komputer yang digunakan dengan cara
merancang atau membuat pemograman sesuai struktur dan metode yang
dimiliki oleh bahasa program itu sendiri. Pada gambar 2.18 diperlihatkan
tampilan depan BASCOM AVR.
22
Gambar 2.18. Tampilan Pada BASCOM AVR
Pada pemograman menggunakan BASCOM AVR memiliki
beberapa jenis variabel data dan karakter, penjelasannya dapat dilihat pada
tabel 2.3.
No.
1
2
3
4
5
6
7
Tabel 2.3. Jenis variabel data pada pemograman BASCOM AVR
Jenis Varibel Data
Keterangan
1 Bit (1/8 byte)
8 buah bit sama dengan 1 byte
1 Byte memiliki 8 bit biner yang mempunyai
1 Byte
address 0 – 255
2 Bytes (Integer) 2 Bytes memiliki 16 bit biner
Word ini memiliki 16 bit biner yang
Word
mempunyai address 0 – 65535
4 Bytes (Long)
4 Bytes memiliki jumlah 32 bit biner
Single memiliki jumlah 32 bit biner yang
Single
bernilai 1,5x1045 s/d 3,4x1038
String memiliki panjang dimensi sebanyak 10
String
bytes
23