BAB II KAJIAN TEORITIS DAN LANDASAN TEORI

BAB II
KAJIAN TEORITIS DAN LANDASAN TEORI
2.1 Kajian Teoritis
2.1.1. Definisi Bakteri
Bakteri berasal dari bahasa Yunani yakni bakterion yang berarti batang
kecil. Meskipun demikian, bentuk bakteri tidak hanya seperti batang (basil)
namun melainkan ada yang berbentuk bola (coccus) dan spiral (spirilum)1.
Bakteri yang hidup dapat menberikan dampak positif dan juga dampak
negatif. Bakteri yang menguntungkan (memberikan dampak positif) ialah
bakteri yang banyak digunakan dalam industri ataupun dalam proses
pengubahan zat, seperti bakteri Loctobacillus Bulgaricus2 yang digunakan
dalam pembuatan susu asam (Yoghurt). Sedangkan bakteri yang merugikan
ialah bakteri yang dapat membusukkan atau hidup parasit baik pada manusia,
hewan maupun tumbuhan. Salah satu contoh bakteri yang merugikan yaitu
Leuconostoc mesenteroides yang menyebabkan pelendiran makanan.
Adapun ciri-ciri bakteri adalah sebagai berkut :
1
2
1.
Organisme uniselluler ( tubuhnya terdiri atas satu sel saja )
2.
Prokariot (tidak memiliki membran inti sel )
3.
Umumnya tidak memiliki klorofil
4.
Memiliki ukuran tubuh rata-rata 1 s/d 5 mikron.
Istamar Syamsuri dkk, Biologi 2000 Hal 46-56
“Bakteri yang menguntungkan dan merugikan” http://bengkelbiologi.blogspot.com
7
8
2.1.2. Sterilisasi
Sterilisasi adalah suatu proses membunuh segala bentuk kehidupan
mikroorganisme yang ada pada sample, alat-alat atau lingkungan tertentu3.
Metode praktis yang dirancang untuk membersihkan dari mikroorganisme
ataupun membebaskan suatu bahan atau benda dari semua bentuk kehidupan.
Secara umum, teknik sterilisasi dapat dilakukan dengan dua cara yakni :
1.
Secara fisis
2.
Secara kimia
2.1.2.1. Sterilisasi Secara Fisik
a) Metode Radiasi
Pada Proses sterilisasi menggunakan radiasi gelombang
elektromagnetik yang banyak digunakan ialah sinar ultraviolet
dapat juga menggunakan sinar gamma ataupun sinar-X. Dalam
proses sterilisasi sebaiknya memperhatikan dosis ultraviolet yang
dapat membunuh mikroorganisme di udara, sehingga dapat
menghindari kontak udara antar penderita. Sementara sinar
gamma juga dapat dipakai untuk proses sterilisasi. Proses
sterilisasi dengan sinar gamma berdaya tinggi digunakan untuk
objek-objek yang tertutup plastik (jarum suntik). Radiasi–radiasi
yang dihasilkan dianggap sangat efektif karena dapat merusak
intra molekuler, misalnya ikatan atom hydrogen dalam DNA
(Deoksiribone
Nukleat
Acid).
Perubahan
menyebabkan kematian pada sel – sel tersebut.
3
J.F. Gabrille, Fisika Kedokteran, Hal 32-34
yang
terjadi
9
b) Metode Pemanasan Dengan Uap Air dan Pengaruh Tekanan
Metode pemanasan dengan uap air sering digunakan di rumah
sakit. Proses sterilisasi dengan metode mensterilkan bahan dengan
menggunakan uap air yang mempunyai tekanan tertentu dan suhu
diatas 100°C dalam tempo tertentu. Metode dengan pemanasan
uap air akan memudahkan proses pensterilisasi karena tekanan
yang dihasilkan akan membawa hawa panas yang dihasilkan
merata. Benda yang akan disterilkan diletakkan diatas lempengan
saringan dan tidak mengenai air secara langsung dibawahnya.
Pemanasan dilakukan hingga air mendidih (diperkirakan pada
suhu 100°C) dimana, kenaikan suhu akan diikuti dengan kenaikan
tekanan. Pada tekanan 15 lb dan temperatur 121°C organisme
yang tidak berspora dapat dimatikan dalam tempo 10 menit.
c) Metode Pemanasan Secara Kering
Metode pemanasan secara kering kurang efektif apabila
temperature kurang tinggi. Untuk mendapatkan efektivitas
diperlukan pemanasan mencapai temperature antara 160°C180°C. Pada temperatur yang telah diatur akan menyebabkan
kerusakan pada sel-sel hidup dan jaringan yang disebabkan
terjadinya auto oksidasi sehingga bakteri pathogen dapat terbakar.
Pemanasan secara kering dilakukan untuk mensterilkan alat
kedokteran seperti pipet, tabung reaksi, gunting operasi, jarum
suntik.
d) Metode Pemanasan Secara intermittent (Terputus-putus)
Metode yang dilakukan adalah dengan memanaskan bahan
yang akan diseterilkan secara terputus-putus. Hasil penelitian
yang dilakukan oleh John Tyndall (1877) bahwa untuk
memperoleh temperatur didih (100°C) selama 1 jam tidak dapat
membunuh semua mikroorganisme tetapi apabila air dididihkan
secara berulang-ulang sampai lima kali dan setiap air mendidih
10
istirahat berlangsung 1 menit akan sangat berhasil membunuh
kuman. Oleh karena dengan pemanasan secara terputus – putus,
lingkaran hidup pembentukan spora dapat diputuskan.
e) Metode Inceneration (Pembakaran Langsung)
Metode pembakaran langsung adalah pemanasan bahan yang
akan disterilkan dengan cara membakar secara langsung. Metode
pembakaran kurang efektif karena selama proses pembakaran
langsung dapat merusak alat-alat yang disterilkan. Alat-alat
platina, krome yang akan disterilkan dapat dilakukan melalui
pembakaran secara langsung pada nyala lampu bunzen hingga
mencapai merah padam. Hanya saja dalam proses pembakaran
langsung, alat-alat tersebut lama kelamaan menjadi rusak.
Keuntungannya adalah mikroorganisme akan dimatikan.
f) Metode Penyaringan (Filtration)
Metode penyaringan yang dilakukan berbeda dengan metode
pemanasan.
Sterilisasi
dengan
metode
pemanasan
dapat
membunuh mikroorganisme sedangkan mikroorganisme yang
mati tetap berada pada material tersebut, berbeda dengan
sterilisasi menggunakan metode penyaringan mikroorganisme
tetap hidup hanya dipisahkan dari material. Metode penyaringan
hanya dipakai pada sterilisasi larutan gula, cairan seperti serum
atau hasil sterilisasi produksi mikroorganisme.
g) Metode Sterilisasi Basah
Sterilisasi dengan metode basah menggunakan elemen
sebagai pemanas yang akan menghasilkan temperatur berkisar
antara 180°C – 210oC dalam waktu 10 – 30 menit. Pada metode
sterilisasi basah bahan yang akan disterilkan akan terendam air.
Metode sterilisasi basah adalah metode yang akan dijadikan
penulis sebagai judul karya tulis ilmiah dengan temperatur 121oC
dalam waktu 10 menit.
11
2.1.2.2. Sterilisasi Secara Kimia
Sterilisasi secara kimia merupakan suatu proses sterilisasi
dengan menggunakan bahan-bahan kimia. Pada sterilisasi metode secara
fisik, zat kimia yang biasanya digunakan adalah alkohol 96%, Aceton tab
formalin, Sulfur dioxide dan Chlorin. Materi yang akan disterilkan,
dibersihkan terlebih dahulu kemudian direndam dalam alkohol atau
acetone atau tab formalin selama ± 24 jam.
2.1.3. Sterilisator Uap
Sterilisator uap merupakan alat yang berfungsi untuk mensterilkan bahan
dengan menggunakan media uap air yang bertekanan dengan cara meletakkan
bahan yang akan disterilkan di atas lempengan saringan dan tidak mengenai
air. Contoh dari sterilisator uang digambarkan pada gambar 2.1.
Gambar 2.1. Sterilisator Uap HV-25L 24
Pengoperasian pada alat sterilisator uap pada gambar 2.1 dilakukan
melalui beberapa tahap, yaitu :
1. Pengisian air distilasi
Mula-mula tutup kran pembuangan air dan kran pembuangan uap,
kemudian tuangkan air distilasi ke dalam chamber.
2. Penempatan bahan yang akan disterilkan dan pemanasan
Masukkan drum sterilisasi yang berisi bahan ke dalam chamber.
Tutup pintu, kencangkan semua klem pengunci dan tutup kran
udara. Aktifkan alat dan saat pemanasan dimulai maka air akan
4
“Sterilisator uap” http://images.google.co.id/images?gbv=2&um=1&hl=id&q=@HMCEurope+GmbH+HV-25L
12
memanas hingga pada saat suhu 100°C maka didalam chamber
akan terjadi uap air.
3. Peningkatan tekanan
Dengan pemanasan air yang terus menerus maka uap yang
dihasilkan semakin banyak dan uap tidak bisa keluar sehingga
tekanan didalam chamber bertambah yang dapat diketahui melalui
presure gauge. Sistem pengaman pada alat pemanasan uap terdiri
dari :
a. Segi elektrik
Apabila suhu uap yang dihasilkan dari pemanasan air melebihi
suhu settingan, maka pada alat pemanas secara otomatis akan
memutuskan arus pada rangkaian heater, sehingga pemanasan akan
berhenti dan produksi uap air akan berhenti.
b. Segi mekanik
Saat tekanan air dalam chamber melebihi batas maksimal tekanan
yang telah ditentukan akibat pemanasan terus menerus, maka klep
pengaman pada alat pemanas akan membuang uap lebih ke luar
chamber sehingga chamber aman dari bahaya ledakan.
4. Tahapan sterilisasi
Apabila temperatur dan tekanan sudah tercapai sesuai dengan
kriteria sterilisasi maka proses sterilisasi dimulai.
5. Tahapan pengeringan
Buka kran pembuangan uap sampai presure gauge menunjuk angka
0, buka kran udara dan lepaskan semua klem pengunci. Buang air
sisa dengan membuka kran pembuangan.
2.2. Landasan Teori
2.2.1. Perangkat Pengindera (Sensing)
Sensor ialah piranti yang dapat mengubah suatu nilai (isyarat/energi)
fisik ke suatu nilai fisik yang lain yang mana menghubungkan antara fisik
13
nyata dan industri electric serta piranti elektronika5. Sensor merupakan
sebuah piranti yang dapat bergerak bila digerakkan oleh suatu energi yang
terdapat dalam sebuah sistem transmisi dapat menyalurkan energi dalam
bentuk yang sama ataupun dalam bentuk yang berlainan ke dalam sistem
transmisi kedua. Perangkat pengindera atau sensor digunakan oleh perangkat
untuk membaca keadaan lingkungan disekitar sistem6. Secara garis besar
sensor terbagi menjadi dua golongan, yaitu sensor yang bersifat non-kontak
seperti proximity sensor, sensor panas ataupun sensor suhu dan yang bersifat
kontak seperti limit switch.
Pada sistem pembuatan Prototipe Sterilisator Pada Instrument Medis
menggunakan LM 35 sebagai sensor suhu serta Op-Amp sebagai komparator.
LM 35 difungsikan untuk merubah besaran suhu menjadi besaran listrik.
Pengindera atau sensor merupakan komponen input yang akan diproses oleh
mikrokontroler yang akhirnya mempengaruhi kerja output-outputnya.
Contohnya adalah sebuah termistor bereaksi terhadap variasi temperatur,
sebuah piezoelektrik bereaksi terhadap gelombang, sebuah mikropon bereaksi
terhadap bunyi (suara) dan sebagainya.
2.2.1.1.
LM35
IC LM35 merupakan sensor suhu analog dengan rasio
perubahan 10mV setiap perubahan 1°C (10mV/°C), sensor suhu dalam
derajat Celsius (°C). LM merupakan sebuah thermistor yang
dipergunakan untuk merubah besaran suhu menjadi besaran listrik
dalam bentuk tegangan. Dimana IC LM35 mampu mendeteksi keadaan
suhu disekitarnya dengan perubahan kenaikan 1°C, maka akan
menaikkan tegangan keluaran sebesar 10mV/°C. Kenaikan tegangan
tersebut bersifat linier terhadap perubahan suhu. IC LM35 dapat bekerja
pada suhu -55°C sampai +150°C. Adapun simbol dari IC LM35 dapat
dilihat pada gambar 2.2. hal 14.
5
Widodo Budiharto. Belajar Sendiri Membuat Robot Cerdas.Elex Media Komputindo. Jakarta.
2006. hal 41.
6
Fred G. Martin. Robotic Exploration. New Jersey USA, 2001, p.96.
14
Gambar 2.2. IC LM 35 sebagai sensor suhu7
Setiap kenaikan 1°C, bertambah 10mV, dan sebaliknya untuk
penurunan suhu. Jika suhu 30 °C, tegangan keluaran IC LM35 =
0.3V Jadi, penguatan oleh Op-Amp menjadi 5x input = 1.5V dan
nilai yang dibaca ADC0809: (1.5/5)*255 = 76.5 = 77
Sensor Suhu LM35 yang dipakai dalam penelitian berupa
komponen elektronika yang memiliki nilai keakuratan tinggi dan
kemudahan perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu
yang lain. LM35 juga memiliki keluaran impedansi yang rendah
dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah
dihubungkan dengan rangkaian kendali khusus serta tidak
memerlukan penyetelan lanjutan.
Meskipun tegangan sensor LM35 dapat mencapai 30 volt akan
tetapi yang diberikan ke sensor hanyalah sebesar 5 volt, sehingga
dapat digunakan dengan catu daya tunggal dengan ketentuan
bahwa LM35 hanya membutuhkan arus sebesar 60 µA, dapat
diartikan bahwa LM35 mempunyai kemampuan menghasilkan
panas (self-heating) dari sensor yang dapat menyebabkan
kesalahan pembacaan yang rendah yaitu kurang dari 0,5 ºC pada
suhu 25 ºC .
Adapun IC LM 35 mempunyai spesifikasi antara lain :
1. Kalibrasi langsung dalam derajat Celsius (°C).
2. Keluarannya linier 10 mV °C.
3. Kepekaan atau sensitifitas 0,25°C (¼ °C).
7
National Semiconductor Data Sheet, 1994
15
4. Jangkauan maksimal suhu antara -55 °C sampai +150 °C.
5. Bekerja antara tegangan 4 sampai 30 Volt.
6. Aliran arus yang digunakan tidak lebih dari 60µA (mikro
ampere).
7. Impedansi output 0,1Ω (ohm) pada beban 1mA (mili
ampere).
2.2.2. Mikrokontroler
Mikrokontroler8 ialah salah satu jenis komponen elektronika digital
yang memiliki masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa
ditulis dan dihapus dengan cara khusus. Secara sederhana, Mikrokontroler
bekerja hanya untuk membaca dan menulis data. Mikrokontroler merupakan
komputer didalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan
elektronik atau dengan kata lain sering disebut "pengendali kecil". Dimana
sebuah sistem elektronik yang sebelumnya banyak memerlukan komponenkomponen pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat direduksi/diperkecil
dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler.
Dengan penggunaan mikrokontroler AVR ATmega 8535 maka :
1.
Sistem elektronik akan menjadi lebih ringkas.
2.
Rancang bangun sistem elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar
dari sistem adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi.
3.
Pencarian gangguan lebih mudah ditelusuri karena sistemnya yang saling
berkaitan (kompak).
8
“pengertian Mikrokontroler” http://www.kelas-mikrokontrol.com/
16
Namun demikian, tidak sepenuhnya mikrokontroler bisa mereduksi
komponen IC TTL dan CMOS, yang seringkali masih diperlukan untuk
aplikasi kecepatan tinggi atau sekedar menambah jumlah saluran masukan
dan keluaran (I/O). Dengan kata lain, mikrokontroler adalah versi mini atau
mikro dari sebuah komputer. Mikrokontroler sudah mengandung beberapa
periferal yang langsung bisa dimanfaatkan, misalnya port paralel, port serial,
komparator, konversi digital ke analog (DAC), konversi analog ke digital dan
sebagainya hanya menggunakan sistem minimum yang tidak rumit atau
kompleks.
Secara teknis, terdapat 2 jenis mikrokontroler yakni RISC dan CISC
dan masing-masing mempunyai keturunan/keluarga sendiri-sendiri. RISC
kependekan dari Reduced Instruction Set Computer yakni instruksi terbatas
tapi memiliki fasilitas yang lebih banyak. Berbeda dengan CISC, CISC
kependekan dari Complex Instruction Set Computer ialah instruksi bisa
dikatakan lebih lengkap tapi dengan fasilitas secukupnya.
Beberapa yang tergolong dari keluarga mikrokontroler ialah keluarga
Motorola dengan seri 68xx, keluarga MCS51 yang diproduksi Atmel, Philip,
Dallas, keluarga PIC dari Microchip, Renesas, Zilog. Masing-masing
keluarga juga masih terbagi lagi dalam beberapa tipe. Jadi sulit sekali untuk
menghitung jumlah mikrokontroler.
2.2.2.1. Mikrokontroler AVR ATmega 8535
Mikrokontroler adalah IC yang dapat diprogram secara
berulang kali, baik ditulis atau dihapus (Agus Bejo, 2007).
Mikrokontroler sering kali digunakan untuk pengontrolan otomatis
dan manual pada perangkat elektronika.
Sebagai sistem kontrol, mikrokontroler sering digunakan
dalam melakukan pengontrolan system yang dibentuk. Seiring
perkembangan
elektronika,
mikrokontroler
dirancang
semakin
canggih dan ditunjang dengan bahasa pemrograman yang juga ikut
berubah. Salah satunya ialah mikrokontroler AVR (Alf and Vegard’s
17
Risc processor) ATmega 8535 yang tergolong
teknologi RISC
(Reduce Instruction Set Computing). Dengan teknologi RISC program
berjalan lebih cepat karena hanya membutuhkan satu siklus clock
untuk mengeksekusi satu instruksi program. Secara umum, AVR
dikelompokkan menjadi 4 kelas, yakni kelas ATtiny, keluarga
AT90Sxx, keluarga ATmega, dan AT86RFxx.
Hal yang membedakan masing-masing kelas adalah memori,
peripheral, dan fungsinya. Untuk segi arsitektur dan instruksi yang
digunakan, kesemua kelas tersebut bisa dikatakan hampir sama.
Mikrokontroler AVR ATmega 8535 memiliki fitur yang
cukup lengkap. Mikrokontroler AVR ATmega 8535 sudah dilengkapi
dengan ADC internal, EEPROM internal, Timer/Counter, PWM,
analog comparator (M.Ary Heryanto, 2008). Ditunjang oleh fasilitas
yang lengkap pada Mikrokontroler keluarga AVR, memudahkan
pengguna Mikrokontroler keluarga AVR untuk mengenal dan
mengembangkan
kreativitas
dalam
penggunaan
mikrokontroler
ATmega 8535. Mikrokontroler ATmega 8535 adalah salah satu AVR
produk Atmel yang mudah didapatkan serta harga yang lebih murah
ketimbang mikrokontroler lainnya.
Mikrokontroler AVR (Alf and Vegard’s Risc Prosesor) terdapat
arsitektur RISC 8 bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16bit (16-bits word) dan sebagian besar intruksi dieksekusi dalam 1
(satu) siklus clock, berbeda dengan intruksi MCS 51 yang
membutuhkan 12 siklus clock. Hal tersebut terjadi karena kedua jenis
mikrokontroler tersebut memiliki arsitektur yang berbeda. AVR
berteknologi RISC (Reduced Instruction Set Computing), sedangkan
seri MCS 51 berteknologi CISC (Complex Instruction
Set
Computing)9. Gambar 2.3. hal 18 menjelaskan bentuk fisik IC AVR
ATmega 8535 serta sistem minimum pada AVR ATmega 8535.
9
Lingga Wardhana. Mikrokontroler AVR Seri ATmega 8535 Simulasi, Hardware, dan Aplikasi,
Yogyakarta : ANDI. 2006.hal 1.
18
(a)
(b)
Gambar 2.3. (a). IC AVR ATmega 8535 dan (b). Sismin AVR
ATmega 8535
ATmega 8535 dengan teknologi RISC memiliki kecepatan
maksimal 16MHz yang membuat ATmega 8535 lebih cepat bila
dibandingkan dengan varian MCS 51. Dengan fasilitas yang lengkap
yang terdapat pada mikrokontroler ATmega 8535 tersebut menjadikan
ATmega 8535 sebagai mikrokontroler yang powerfull.
Secara umum, penggunaan ATmega 8535 sebagai pengendali pada
sistem elektronik pada penelitian adalah karena AVR ATmega 8535
memiliki
kelebihan
dibanding
dengan
mikroprosesor.
Pada
mikroprosesor, arsitektur perangkat kerasnya terdiri dari chip CPU
yang memiliki ROM/flash memory, RAM, interface serial/paralel,
timer, sistem interrupt. Sedangkan pada mikrokontroler hanya terdiri
dari single Chip CPU.
2.2.2.2. Arsitektur ATmega 8535
Arsitetur yang dimiliki oleh mikrokontroler ATmega 8535 adalah
sebagai berikut10:
a. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, dan
Port D.
b. ADC 10 bit sebanyak 8 saluran.
c. Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan perbandingan.
d. CPU yang terdiri atas 32 buah Register.
e. Watchdog Timer dengan osilator internal.
10
Lingga Wardhana, Mikrokontroler AVR Seri ATmega 8535 Simulasi, Hardware, dan Aplikasi,
(Yogyakarta : ANDI, 2006),hal.3
19
f. SRAM sebesar 512 byte.
g. Memory Flash sebesar 8 kb dengan kemampuan Read While Write.
h. Unit interupsi internal dan eksternal.
i. Port antar muka SPI.
j. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi.
k. Antarmuka komparator analog.
l. Port USART untuk komunikasi serial.
Pada gambar 2.4 menjelaskan keseluruhan arsitektur yang terdapat
pada mikrokontroler AVR ATmega 8535. Sedangkan pada gambar 2.5
hal 20 menunjukkan blok diagram pada mikrokontroler AVR ATmega
8535.
Gambar 2.4. Arsitektur Mikrokontroler AVR ATmega 8535
20
Gambar 2.5. Blok Diagram Mikrokontroler AVR ATmega 8535
(data sheet AVR ATmega 8535)
2.2.2.3. Fitur ATmega 8535
Fitur ataupun kapabilitas yang dimiliki ATmega 8535 sebagai
berikut11:
a. Sistem mikroprosesor 8 bit berbasisi RISC dengan kecepatan
maksimal 16 MHz.
b. Kapabilitas memory flash 8 KB, SRAM sebesar 512 byte, dan
EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)
sebesar 512 byte.
c. ADC internal dengan fidelitas 10 bit sebanyak 8 channel.
d. Portal komunikasi serial (USART) dengan kecepatan maksimal 2,5
Mbps.
e. Enam pilihan mode sleep menghemat penggunaan daya listrik.
11
Lingga Wardhana, Mikrokontroler AVR Seri ATmega 8535 Simulasi, Hardware, dan Aplikasi,
(Yogyakarta : ANDI, 2006),hal.3.
21
2.2.2.4. Konstruksi ATmega 8535
Terdapat 3 jenis memori pada mikrokontroler ATmega 8535, yakni
memori program, memori data dan memori EEPROM.12
1. Memori program
ATmega 8535 memiliki kapasitas memori progam sebesar 8 Kbyte
yang terletak pada alamat 0000h – 0FFFh. Masing-masing alamat
memiliki lebar data 16 bit. Memori program terbagi menjadi 2 bagian
yakni bagian program boot dan bagian program aplikasi.
2. Memori data
ATmega 8535 memiliki kapasitas memori data sebesar 608 byte.
Terbagi menjadi 3 bagian yaitu register serba guna, register I/O dan
SRAM. ATmega 8535 memiliki 32 byte register serba guna, 64 byte
register I/O yang dapat diakses sebagai bagian dari memori RAM
(menggunakan instuksi LD atau ST) atau dapat juga diakses sebagai
I/O (menggunakan instruksi IN atau OUT), dan 512 byte digunakan
untuk memori data SRAM.
3. Memori EEPROM
ATmega 8535 mempunyai memori EEPROM sebesar 512 byte yang
terpisah dari memori program maupun memori data. Memori
EEPROM
hanya dapat diakses menggunakan register-register I/O
yaitu register EEPROM Address, register EEPROM Data, dan register
EEPROM Control. Serial Peripheral Interface (SPI) adalah salah
satu mode komunikasi serial syncrhronous kecepatan tinggi yang
dimiliki
oleh
ATmega
8535.
Universal
Syncrhronous
and
Asyncrhronous Serial Receiver and Transmitter (USART) juga salah
satu mode komunikasi serial yang dimiliki oleh ATmega 8535.
USART adalah satu bentuk komunikasi yang memiliki fleksibilitas
tinggi, yang dapat digunakan untuk melakukan transfer data baik antar
mikrokontroler maupun
12
Mahasiswa/staf pengajar Univesitas Sumatera Utara
22
dengan modul-modul eksternal termasuk PC yang memiliki fitur
UART.
USART memungkinkan transmisi data baik secara syncrhronous
maupun asyncrhronous, sehingga dengan memiliki USART pasti
kompatibel dengan UART. ATmega 8535, secara umum pengaturan
mode
syncrhronous
maupun
asyncrhronous
adalah
sama.
Perbedaannya hanyalah terletak pada sumber clock.
Jika pada mode asyncrhronous masing-masing peripheral memiliki
sumber clock sendiri, maka pada mode syncrhronous hanya terdapat
satu sumber clock yang digunakan secara bersama-sama. Maka, secara
hardware untuk mode asyncrhronous hanya membutuhkan 2 pin yaitu
TXD dan RXD, sedangkan untuk mode syncrhronous harus 3 pin
yaitu TXD, RXD dan XCK.
2.2.2.5 . Konfigurasi Pin Mikrokontroler AVR ATmega 8535
Konfigurasi mikrokontroler AVR ATmega 8535 atau pin out
memiliki 40 buah pin DIP (Dual Inline Package), susunan konfigurasi
pin Mikrokontroler AVR ATmega 8535 dapat dilihat pada gambar
2.6.
Gambar 2.6. Konfigurasi Pin Mikrokontroler AVR ATmega 8535.
23
Adapun penjelasan mengenai fungsi dari tiap-tiap pin (kaki) yang ada
pada mikrokontroler ATmega 8535 yang terlihat dari gambar 2.6 hal
22 adalah13 :
a. VCC
: (Pin 10) merupakan pin yang
berfungsi sebagai pin masukan catudaya.
b. GND
: (Pin 11) merupakan pin ground.
c. Port A (PA0 s.d. PA7)
: (Pin 33-40) merupakan pin I/O dua
arah (bi-directional) dan pin masukan ADC.
d. Port B (PB0 s.d. PB7)
: (Pin 1-8) merupakan pin I/O dua
arah dan pin fungsi khusus, yaitu timer/counter, komparator analog,
dan SPI.
e. Port C (PC0 s.d. PC7)
: (Pin 22-29) merupakan pin I/O dua
arah dan pin fungsi khusus, yaitu TWI, komparator analog, dan Timer
Oscilator.
f. Port D (PD0 s.d. PD7)
: (Pin 14-21) merupakan pin I/O dua
arah dan pin fungsi khusus, yaitu komparator analog, interupsi
eksternal, dan komunikasi serial.
g. Reset
merupakan
pin
yang
digunakan
untuk
me-reset
mikrokontroler.
h. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal.
i. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC
j. AREF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC.
Untuk dapat memprogram mikrokontroler dapat menggunakan
bahasa assembler ataupun bahasa tingkat tinggi ialah bahasa C.
Bahasa-bahasa yang digunakan dalam memprogram mikrokontroler
memiliki
keunggulan
tersendiri.
Untuk
bahasa
assembler
keungulannya ialah dapat diminimalisasi penggunaan memori
program sedangkan pada bahasa C menawarkan kecepatan dalam
pembuatan program. Bahasa assembler dapat ditulis dengan
menggunakan text editor setelah itu dapat dikompilasi dengan
13
Lingga Wardhana, Mikrokontroler AVR Seri ATmega 8535 Simulasi, Hardware, dan Aplikasi,
(Yogyakarta : ANDI, 2006),hal.3.
24
menggunakan tool tertentu, misalnya asm51 untuk MCS51 dan AVR
Studio untuk AVR. Fungsi Khusus Port B dan Port C ditunjukkan
Tabel 2.1 dan Tabel 2.2. Sedangkan fungsi khusus Port D dapat dilihat
pada tabel 2.3 hal 25.
Tabel 2.1. Fungsi Khusus Port B
Tabel 2.2. Fungsi Khusus Port C
25
Tabel 2.3. Fungsi Khusus Port D
2.2.2.6 Sistem Minimum AVR ATmega 8535
Sistem minimum (sismin) pada mikrokontroler adalah suatu bentuk
rangkaian elektronik minimum yang dibutuhkan untuk beroperasinya
IC mikrokontroler. Dimana sismin dapat dihubungkan dengan
rangkaian lain untuk menjalankan fungsi tertentu. Pada keluarga
mikrokontroler AVR, seri ATmega 8535 adalah salah satu jenis
mikrokontroler yang sangat banyak digunakan14.
Untuk dapat membuat suatu bentuk rangkaian sismin AVR ATmega
8535, dibutuhkan beberapa komponen antara lain:
1. IC mikrokontroler ATmega 8535.
2. 1 XTAL 4 MHz atau 8 MHz (XTAL1).
3. 3 kapasitor kertas yaitu dua 22 pF (C2 dan C3) serta 100 nF (C4).
4. 1 kapasitor elektrolit 4.7 uF (C12) 2 resistor yaitu 100 ohm (R1)
dan 10 Kohm (R3) .
5. 1 tombol reset pushbutton (PB1).
14
Jakarta : Prasimax
26
Selain komponen tersebut diperlukan power supply yang dapat
memberikan tegangan pada sistem minimum ATmega 8535 yakni
sebesar 5V DC. Gambar Rangkaian sistem mininum mikrokontroler
AVR ATmega 8535 ditunjukkan pada gambar 2.7.
Gambar 2.7. Rangkaian sistem minimum mikrokontroler AVR
ATmega 8535
2.2.3. Pemrograman AVR ATmega 8535
Dalam melakukan pemrograman mikrokontroler ATmega 8535 dapat
menggunakan low level language (assembly) dan high level language
(C, Basic, Pascal, JAVA,dll) tergantung compiler
yang akan
digunakan. Pada penggunaan bahasa Assembler mikrokontroler AVR
memiliki kesamaan instruksi, sehingga jika melakukan pemprograman
pada satu jenis mikrokontroler AVR sudah dikuasai, maka akan
dengan
mudah
menguasai
pemrograman
keseluruhan
pada
mikrokontroler jenis mikrokontroler AVR. Akan tetapi, bahasa
assembler relatif lebih sulit dipelajari dari pada bahasa C.
2.2.3.1. Pemrograman Bascom AVR
BASCOM AVR adalah program Basic Compiler berbasis
Windows untuk mikrokontroler keluarga AVR seperti ATtiny,
AT90Sxx, ATMega, dan AT86RFxx. BASCOM AVR merupakan
pemrograman dengan bahasa tingkat tinggi Basic yang dikembangkan
dan dikeluarkan oleh MCS Electronics.
27
Bahasa Basic digunakan untuk mempermudah memprogram
mikrokontroler karena Bahasa Basic merupakan bahasa tingkat tinggi
sehingga mudah dipahami jika dibandingkan dengan Bahasa
Assembly. Fitur dari BASCOM AVR
mempunyai banyak
pernyataan-pernyataan dan karakter-karakter seperti: Input, LCD,
$Crystal,
Delay, Output.
Yang berguna
untuk
memprogram
mikrokontroler. Tampilan awal Bascom AVR terlihat pada gambar
2.8.
Gambar 2.8. Tampilan Bascom AVR
2.2.4. Relay
Relay ialah suatu komponen elektrik yang memiliki fungsi sebagai
switching atau saklar untuk menghubungkan suatu bagian rangkaian dengan
rangkaian yang lain. Dengan memanfaatkan elektromagnetik yang terjadi pada
suatu kumparan ketika dialiri arus suatu relay dapat bekerja. Sebuah relay terdiri
dari satu inti magnet, lilitan yang mengitari inti magnet, terminal common,
terminal normally close (NC), dan terminal normally open (NO). Saat lilitan
tidak mendapat supply maka tidak ada arus yang mengalir pada lilitan sehingga
tidak ada medan magnet yang terjadi pada inti besi. Kontaktor relay berada pada
kondisi awal, dimana menghubungkan terminal common dengan terminal
normally close. Pada saat lilitan mendapat supply, maka terjadi medan magnet
28
pada
inti
besi
yang
menyebabkan
tertariknya
kontaktor
sehingga
menghubungkan terminal common dengan terminal normally open. Pada gambar
2.9. memperlihatkan konstruksi sebuah relay dengan sepasang kontaktor
normally close (NC) dan normally open (NO).
Gambar 2.9. Konstruksi Relay
Penggunaan relay perlu memperhatikan tegangan pengontrolnya serta
kekuatan relay men-switch arus/tegangan. Biasanya ukurannya tertera pada
body relay. Misalnya relay 12VDC/4 A 220V, artinya tegangan yang
diperlukan sebagai pengontrolnya adalah 12Volt DC dan mampu men-switch
arus listrik (maksimal) sebesar 4 ampere pada tegangan 220 Volt. Susunan
kontak pada relay adalah:
Normally Open : Relay akan menutup bila dialiri arus listrik.
Normally Close : Relay akan membuka bila dialiri arus listrik.
Changeover
: Relay memiliki kontak tengah yang akan
melepaskan diri dan membuat kontak lainnya berhubungan.
2.2.5. LCD (Liquid Crystal Display)
Liquid Crystal Display adalah salah satu bentuk keluaran yang paling
jelas dan mudah dimengerti. LCD adalah suatu bentuk kristal cair yang dapat
berubah intensitas kegelapannya saat dialiri arus listrik. Dengan menyusun
titik-titik tersebut pada suatu bidang, maka dapat terbentuk berbagai tulisan
atau gambar pada bidang tersebut. Pada LCD yang sederhana, setiap titiknya
29
hanya dapat menampilkan 2 jenis intensitas saja, gelap atau terang,
yang lebih canggih dapat menampilkan gradasi dari terang ke gelap bahkan
berbagai warna.
Umumnya, terdapat dua jenis LCD, yaitu grafik dan teks. LCD grafik
terdiri atas sekumpulan titik-titik yang dapat diatur secara terpisah
intensitasnya sehingga dapat menampilkan berbagai gambar. Pengendalian
LCD grafik membutuhkan mikrokontroler yang lebih canggih dikarenakan
tiap-tiap titik harus diatur sendiri-sendiri. Jenis yang kedua adalah LCD teks.
Sesuai dengan namanya, LCD teks dikhususkan untuk menampilkan teks
tanpa harus mengatur masing-masing titik pada LCD jenis teks. LCD teks
biasanya memiliki prosesor terintegerasi didalamnya, sehingga memudahkan
dalam penggunaan dengan cukup mengirimkan kode ASCII pada karakter
yang bersangkutan. LCD teks umumnya memiliki 1- 2 baris, ada yang
mencapai 4 bahkan 8 baris namun jarang ditemui, dengan masing-masing
baris terdiri atas 8, 16 atau 20 karakter. LCD memiliki 16 pin.
Konfigurasi pin-pin LCD dapat dilihat pada gambar 2.10 dan fungsi
dari pin-pin LCD dapat dilihat pada tabel 2.4 hal 30.
Gambar 2.10. Konfigurasi pin LCD 16 karakter x 2 baris
30
Tabel 2.4. Konfigurasi pin LCD
1. Pin 1 merupakan common ground dari LCD dan chip pengendalinya. Pin
harus dihubungkan ke GND dari catu daya yang digunakan.
2. Pin 2 merupakan supply daya ke LCD. Tegangannya dapat diatur untuk
mengubah kontras dari LCD.
3. Pin 3 merupakan supply daya ke chip pengendali LCD.
4. Pin 4 adalah pin untuk memilih register yang dituju, apakah register data
maupun register instruksi.
5. Pin 5 untuk memilih arah aliran data.
6. Pin 6 adalah pendetakan pengiriman data.
7. Pin 7 - 14 adalah pin data.
8. Pin 15 dan 16 merupakan catu daya untuk LED backlight.
A. Register
Pengendali LCD memiliki 2 buah register. Pertama register data dan
register instruksi. Register data berfungsi untuk menampung sementara data
yang akan dikirimkan ke DD RAM maupun ke CG RAM. Sementara register
instruksi menyimpan instruksi yang dikirimkan ke LCD seperti clear,
mengganti jenis cursor.
31
Modul display LCD sudah dilengkapi dengan sebuah kontroller yang
memiliki dua register 8 bit yaitu instruction register (IR) dan data register
(DR). IR menyimpan kode instruksi, seperti display clear, cursor shift dan
informasi address untuk display data RAM (DDRAM) dan character generator
(CGRAM). Kode intruksi pada LCD dapat dilihat pada tabel 2.5.
Tabel 2.5. Kode Instruksi LCD
B. Address Counter
AC adalah penunjuk alamat memori baik di DD RAM maupun CG RAM.
Address counter dapat diubah secara spesifik melalui instruksi atau akan terincrement (terdecrement) secara otomatis pada setiap instruksi penulisan
(pembacaan) ke DD RAM atau CG RAM.
C. Display Data RAM
DD RAM merupakan tempat penyimpanan data karakter yang akan di
display di LCD. Tiap karakter disimpan dalam bentuk data 8 bit. DD RAM
memiliki kapasitas 80 karakter atau 80 x 8 bit. Berikut adalah peta memorinya.
Dijelaskan pada tabel 2.6.
Tabel 2.6. Posisi address DDRAM
D. Busy Flag (BF)
Busy flag = 1 saat kontroler sedang mengerjakan instruksi, selama
instruksi tersebut belum selesai dikerjakan, kontroler tidak akan menerima
instruksi apapun. Ketika RS=0 dan R/W=1, busy flag mengeluarkan logika 1
pada DB7. Instruksi berikutnya akan siap diterima ketika busy flag = 0.
32
E. Character Generator ROM (CGROM)
CGROM akan menghasilkan karakter dengan format 5x8 dot atau 5x10
dot. Lihat tabel 2.7 dan tabel 2.8 hal 33 menjelaskan hubungan CGRAM
address, DDRAM, dan pola karakter.
Tabel 2.7. Pola Karakter CGROM
F. Character Generator RAM (CGRAM)
Dengan CGRAM, user dapat membuat sendiri format karakter yang
diinginkan. Untuk format 5x8 dot bisa dibuat 8 karakter, untuk format 5x10
dapat dibuat 4 karakter. Lihat tabel 2.8 hal 41.
33
Tabel 2.8. Hubungan CGRAM address, DDRAM, dan pola karakter
2.2.6. Transistor Sebagai Saklar
Transistor merupakan komponen aktif elektronik yang terbuat dari
bahan semi konduktor (germanium dan silikon) yang terdiri dari tiga bagian
pin yaitu basis, kolektor, dan emitor. Dalam aplikasinya penulis menggunakan
transistor sebagai saklar. Transistor sebagai saklar tertutup bila berada pada
34
daerah saturasi dan menjadi saklar terbuka bila transistor dalam keadaan cut
off (tersumbat)15.
Menurut jenisnya transistor dibedakan menjadi dua, jenis PNP dan
jenis NPN yang dijelaskan pada gambar 2.11
NPN
C
E
B
E
C
PNP
B
Gambar 2.11. Symbol Transistor
Simbol Transistor dapat disamakan dengan dua buah dioda yang dipasang
secara bertolak belakang, karena transistor mempunyai dua buah junction,
yang pertama adalah antara emitor dengan basis dan yang kedua adalah antara
basis dengan kolektor.
Untuk dapat mengetahui dimana daerah kerja transistor, maka dibuatlah
garis beban pada grafik daerah kerja transistor. Garis beban yang dibuat untuk
memotong sumbu vertikal IC dan sumbu horizontal VCE
Untuk membuat transistor dapat bekerja, maka transistor harus mendapat
tegangan bias pada basisnya. Tegangan basis tersebut besarnya sekitar 0,7
Volt untuk transistor dari bahan silikon dan 0,3 Volt untuk transistor dari
bahan Germanium. Karena transistor tersebut dari jenis bahan yang berbeda,
maka tegangan bias basis pada transistor harus disesuaikan dengan jenis
transistornya.
Adapun garis beban DC transistor yang beroperasi diperlihatkan pada
gambar 2.12 hal 35.
15
Albert Paul Malvino Prinsip-prinsip dasar elektronika edisi ketiga, 1996
35
Ic
Cut
Saturasi
Q
Ib > Ib SAT
Vcc
Rc
Ib = Ib SAT
Ib
Cut Off
Ib = 0
Vce = Vcc
Vcc
Gambar 2.12. Garis Beban DC Daerah Kerja Transistor.
Garis beban memotong sumbu vertikal pada
Vcc
yang akan
Rc
memotong sumbu horizontal pada Vce, garis beban juga menyatakan sumbu
titik operasi pada transistor. Garis beban yang mengenai kurva Ib = Ib (sat)
dan Vce = 0 Volt merupakan daerah saturasi transistor, sedangkan garis beban
yang mengenai kurva Ib = 0 dan Vce = Vcc adalah daerah cut off transistor.
Syarat untuk menggunakan transistor sebagai saklar adalah daerah
kerjanya transistor harus berada pada daerah jenuh (saturasi) dan daerah
tersumbat (cut off). Transistor sebagai saklar mempunyai dua kondisi yang
bergantian yaitu kondisi “tertutup” pada saat saturasi dan kondisi “terbuka”
pada saat cut off.
Garis beban yang mengenai kurva IB = IB (sat) dan VCE = 0 V
merupakan daerah saturasi transistor, sedangkan garis beban yang mengenai
kurva IB = 0 dan VCE = VCC adalah daerah cut off transistor.
2.2.6.1. Transistor Dalam Keadaan Saturasi
Pada transistor jenis NPN, apabila dioda basis-emiter
mendapat forward bias dan dioda basis-kolektor juga mendapat
forward reverse, maka arus dapat mengalir dari kolektor menuju ke
emitor, itu berarti transistor berada dalam daerah saturasi dan VCE,
36
atau tegangan antara kolektor dengan emiter dapat dianggap nol
seperti sebuah saklar tertutup. Pada gambar 2.13 dijelaskan rangkaian
transistor pra tegangan basis dalam keadaan saturasi.
RC
RB
VCB
VCE
VBE
VCC
VBB
Gambar 2.13. Rangkaian Transistor Pra Tegangan Basis
Dalam Keadaan Saturasi.
Besarnya arus yang mengalir menuju kolektor saat saturasi :
Karena VCE = 0, maka besarnya arus kolektor dapat
dinyatakan :
IC =
VCC
RC
2.2.6.2. Transistor Dalam Keadaan Cut off
Pada transistor jenis NPN, apabila basis lebih negatif dari
emiter maka arus tidak akan mengalir dari kolektor menuju ke emitor.
Transistor berada dalam daerah cut off dan dapat dianggap sebagai
saklar terbuka. Tegangan antara kolektor dan emitor saat cut off, yakni
:
IC =
VCC − VCE
RC
IC dapat diabaikan, maka dapat diketahui tegangan antara
kolektor dan emitor adalah,
VCE –VCC, gambar 2.14 hal 37
menjelaskan transistor pra tegangan basis dalam keadaan cut-off.
37
RC
RB
VCB
VCE
VBE
VC C
VB B
Gambar 2.14. Rangkaian Transistor Pra Tegangan Basis
Dalam Keadaan Cut Off.
2.2.7. Buzzer
Buzzer adalah sebuah komponen elektronika yang berfungsi untuk
mengubah getaran listrik menjadi getaran suara. Pada dasarnya prinsip kerja
buzzer hampir sama dengan loud speaker, jadi buzzer juga terdiri dari
kumparan yang terpasang pada diafragma dan kemudian kumparan tersebut
dialiri arus sehingga menjadi elektromagnet, kumparan tadi akan tertarik ke
dalam atau keluar, tergantung dari arah arus dan polaritas magnetnya, karena
kumparan dipasang pada diafragma maka setiap gerakan kumparan akan
menggerakkan diafragma secara bolak-balik sehingga membuat udara
bergetar yang akan menghasilkan suara. Buzzer digunakan sebagai indikator
bahwa telah selesainya proses sterilisasi (alarm). Pada gambar 2.15. tampak
bentuk dari buzzer.
(a) Simbol Buzzer
(b) Bentuk Buzzer
Gambar 2.15. a. Simbol buzzer, b. Bentuk Buzzer
2.2.8. Heater
Heater adalah komponen atau elemen untuk menghasilkan panas atau
kalor dari sumber listrik. Pada Penelitian menggunakan water heater. Sesuai
dengan nama bahwa water heater digunakan untuk memanaskan cairan.