6 BAB 2 LANDASAN TEORI 2.1. Mikrokontroller AVR ATMega 8535
advertisement
BAB 2 LANDASAN TEORI 2.1. Mikrokontroller AVR ATMega 8535 Mikrokontroller AVR merupakan keluarga mikrokontroler keluaran Atmel yang di buat berdasarkan architecture RISC (Reduced Instruction Set Computing) terbaru untuk meningkatkan kecepatan, ukuran program dan penggunaan catu daya. AVR telah berhasil menggabungkan fast access register file dan single cycle instruction dengan 32 register x 8 bit. Dengan 32 register AVR dapat mengeksekusi beberapa instruksi sekali jalan (single cycle), hal inilah yang membuat AVR relatif lebih cepat bila dibandingkan dengan mikrokontroler 8 bit lainnya. Enam dari 32 register yang ada dapat digunakan sebagai indirect address register pointer 16 bit untuk pengalamatan data space, yang memungkinkan penghitungan alamat yang efisien. AVR mempunyai kecepatan dari 0-16Mhz bahkan AVR yang telah ditambahkan beberapa alat dapat mencapai kecepatan 20Mhz. AVR merupakan mikrokontroller yang sangat powerful dan efisien dalam addressing code karena AVR dapat mengakses pogram memori dan data memori. AVR secara umum terbagi dua jenis yaitu high-voltage dan low-voltage performance untuk varian ATMega tersebut perbedaan dapat di lihat pada akhiran nomor seri setiap AVR seperti tipe ATMega 8535 dan ATMega8535L. Setiap tipe yang berakhiran L merupan versi low-voltage dari AVR yang artinya AVR tersebut dapat bekerja pada tegangan 2,7 V. Untuk seri ATTiny sendiri juga terdapat dua jenis varian misalnya pada ATTiny 2313 dan ATTiny 2313V, pada 6 7 tipe yang berakhiran V berarti very low Voltage yaitu dapat beroperasi pada tegangan dibawah 2,7V. Secara umum, AVR dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas, yaitu keluarga ATTiny, keluarga AT90xx, keluarga ATMega, dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, perangkat, dan fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan, mereka bisa dikatakan hampir sama. Penjelasan dari masing-masing pin dari ATMega 8535L adalah sebagai berikut : a) Pin 1 sampai 8 (Port B) merupakan port parallel 8 bit dua arah (bidirectional) dengan resistor pull-up internal. Port b dapat difungsikan untuk berbagai keperluan general purpose dan special feature yaitu: PB7 : SCK ( SPI Bus Serial Clock ) PB6 : MISO ( SPI Bus Master Input /Slave Ouput ) PB5 : MOSI ( SPI Bus Master Output /Slave Input ) PB4 : SS ( SPI Slave Select Input ) PB3 : AIN1 ( Analog Comparator Negatif Input ) OC0 ( Output Compare Timer /Counter 0) PB2 : AIN0 ( Analog Comparator Positif Input ) INT2 ( External Interupt 2 input ) PB1 : T1 ( Timer /Counter 1 External Counter Input ) PB0 : T0 ( Timer /Counter 0 External Counter Input ) XCK ( USART External Clock Input /Output) 8 b) Pin 9 (Reset) jika terdapat minimimum pulse pada saat active low. c) Pin 10 (VCC) dihubungkan ke Vcc (2,7 – 5,5Volt). d) Pin 11 dan 31 (GND) dihubungkan ke Vss atau Ground. e) Pin 12 (XTAL 2) adalah pin masukan ke rangkaian osilator internal. Sebuah osilator kristal atau sumber osilator luar dapat digunakan. f) Pin 13 (XTAL 1) adalah pin keluaran ke rangkaian osilator internal. Pin ini dipakai bila menggunakan osilator kristal. g) Pin 14 sampai 21 (Port D) adalah 8-bit dua arah (bi-directional I/O) port dengan resistor pull-up internal. Selain sebagai I/O 8-bit juga bisa digunakan untuk general purposee dan special feature seperti : PD7 : OC2 ( Output Compare Timer /Counter 2) PD6 : ICP1 ( Timer /Counter 1 Input Capture ) PD5 : OC1A ( Ouput Compare A Timer /Counter 1) PD4 : OC1B ( Output Compare B Timer /Counter1 ) PD3 : INT1 ( External Interrupt 1 Input ) PD2 : INT2 ( External Interupt 0 input ) PD1 : TXD ( USART transmit ) PD0 : RXD ( USART receive ) h) Pin 22 sampai 29 (Port C) adalah 8-bit dua arah (bi-directional I/O) port dengan resistor pull-up internal. Selain sebagai I/O 8-bit juga bisa digunakan untuk general purpose dan special feature seperti : PC7 : TOSC2 ( Timer Oscillator 2 ) PC6 : TOSC1 ( Timer Oscillator 1 ) 9 i) PC1 : SDA ( Serial Data Input /Output,I2C ) PC0 : SCL ( Serial Clock, I2C ) Pin 30 adalah Avcc pin penyuplai daya untuk port A dan A/D converter dan dihubungkan ke Vcc. Jika ADC digunakan maka pin ini dihubungkan ke Vcc dengan low pas filter. j) Pin 32 adalah A REF pin yang berfungsi sebagai referensi untuk pin analog jika A/D Converter digunakan. k) Pin 33 sampai 40 (Port A) adalah 8-bit dua arah (bi-directional I/O) port dengan resistor pull-up internal. Selain sebagai I/O 8 bit, port A juga dapat berfungsi sebagai masukan 8 channel ADC. Gambar 2.1 Konfigurasi Pin Mikrokontroller AVR ATMega 8535L 10 Keistimewaan dari AVR ATMega 8535 Low Power: - 8 bit CPU sebagai pusat pengendalian aplikasi. - Mempunyai 130 instruksi. - 32 register umum yang terhubung dengan ALU (Arithmetic Logic Unit). - Kemampuan memproses instruksi sampai 16 MIPS (Million Instruction Per Second) pada 18MHz. - Memiliki 8 Kbyte untuk Flash dalam untuk menyimpan program dan dapat ditulis ulang hingga 10.000 kali. - Memiliki 512 Bytes EEPROM dengan endurance : 100,000 Write/Erase Cycles. - Memiliki 512 Bytes Internal SRAM (Static Random Access Memory) digunakan untuk menyimpan sementara data dari program flash. - ADC (Analog To Digital Converter) internal dengan fidelitas 10 bit sebanyak 8 channel. - 32 jalur I/O (Input/Output) yang terpisah dalam empat port yaitu A, port B, port C, dan Port D. - 16 bit timer/counter dan 8 bit timer/counter. - Full Duplex Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter (USART). - RTC (Real Time Clock) dengan osilator terpisah. - SPI (Serial Peripheral Interface) untuk komunikasi serial yang memiliki kecepatan yang relatif tinggi pada jarak dekat. - Enam pilihan mode sleep menghemat penggunaan daya listrik. 11 - Watchdog timer yang dapat diprogram dengan osilator internal. - Dapat beroperasi pada tegangan 2,7 – 5,5V. 2.1.1 Interupsi Interupsi adalah kondisi yang mengharuskan mikrokontroler menghentikan sementara eksekusi program utama untuk mengeksekusi rutin interrupt tertentu / Interrupt Service Routine (ISR) Setelah melaksanakan ISR secara lengkap, maka mikrokontroler akan kembali melanjutkan eksekusi program utama yang tadi ditinggalkan. Gambar 2.2 Eksekusi Program Tanpa Interupsi Gambar 2.3 Eksekusi Program dengan Interupsi 12 Tabel 2.1 Interrupt Vector pada ATMega 8535L Vector Program Source No Interrupt Definition Address External Pin, Power-on Reset, 1 0x0000 RESET Brown-out Reset and Watchdog Reset 2 0x0001 INT0 External Interrupt Request 0 3 0x0002 INT1 External Interrupt Request 1 4 0x0003 TIMER2 COMP Timer/Counter2 Compare Match 5 0x0004 TIMER2 OVF Timer/Counter2 Overflow 6 0x0005 TIMER1 CAPT Timer/Counter1 Capture Event TIMER1 7 0x0006 Timer/Counter1 Compare Match A COMPA TIMER1 8 0x0007 Timer/Counter1 Compare Match B COMPB 9 0x0008 TIMER1 OVF Timer/Counter1 Overflow 10 0x0009 TIMER0 OVF Timer/Counter0 Overflow 11 0x000A SPI, STC Serial Transfer Complete 12 0x000B USART, RXC USART, Rx Complete 13 0x000C USART, UDRE USART Data Register Empty 14 0x000D USART, TXC USART, Tx Complete 15 0x000E ADC ADC Conversion Complete 16 0x000F EE_RDY EEPROM Ready 13 17 0x0010 ANA_COMP Analog Comparator 18 0x0011 TWI Two-wire Serial Interface 19 0x0012 INT2 External Interrupt Request 2 20 0x0013 TIMER0 COMP Timer/Counter0 Compare Match 21 0x0014 SPM_RDY Store Program Memory Ready 2.1.2 Timer / Counter A. Prescaler Timer pada dasarnya hanya menghitung pulsa clock. Frekuensi pulsa clock yang dihitung tersebut bisa sama dengan frekuensi crystal yang dipasang atau dapat diperlambat menggunakan prescaler dengan faktor 8, 64, 256 atau 1024. Sebuah AVR menggunakan kristal dengan frekuensi 8 MHz dan timer yang digunakan adalah timer 16 bit, maka maksimum waktu timer yang bisa dihasilkan adalah : ..........................................................................(2.1) Untuk menghasilkan waktu timer yang lebih lama dapat digunakan prescaler, misalnya 1024, maka maksimum waktu timer yang bisa dihasilkan adalah : .................................................................(2.2) 14 Ketika prescaler digunakan, waktu timer dapat diperpanjang namun tingkat ketelitiannya menjadi turun. Misalnya dengan prescaler 1024 nilai timer akan bertambah 1 setiap kelipatan 1024 pulsa dan membutuhkan waktu 1/fCLK x 1024 = 0.125uS x 1024 = 128 uS bandingkan tingkat resolusi ini jika tanpa prescaler (0.125uS). B. Timer 16 Bit Normal Mode Pada mode normal, TCNT1 akan menghitung naik dan membangkitkan interrupt Timer/Counter 1 ketika nilainya berubah dari 0xFFFF ke 0x0000. Seringkali penggunaan timer dianggap cukup dengan memasukkan nilai yang diinginkan ke TCNT1 dan menunggu sampai terjadi interrupt. Ini menjadi benar pada timer yang menghitung mundur, tetapi untuk timer yang menghitung maju, maka diharuskan memasukkan nilai 65536-(timer value) ke dalam TCNT1. Gambar 2.4 Blok Diagram Timer 16 Bit 15 2.1.3 Serial USART AVR Universal Synchronous Asynchronous Serial Receiver and Transmitter (USART) merupakan protokol komunikasi serial yang terdapat pada mikrokontroler AVR. Serial USART biasa digunakan untuk membuat mikrokontroler dapat berhubungan dengan perangkat luar lainnya. Fasilitas USART dapat dimanfaatkan untuk menghubungkan mikrokontroler dengan perangkat PC, handphone, GPS atau bahkan modem, dan banyak lagi peralatan yang dapat dihubungkan dengan mikrokontroler. Komunikasi dengan menggunakan USART dapat dilakukan dengan dua cara. Yang pertama adalah dengan menggunakan mode sinkron dimana pengirim data mengeluarkan pulsa/clock untuk sinkronisasi data, dan yang kedua dengan mode asinkron, dimana pengirim data tidak mengeluarkan pulsa/clock, tetapi untuk proses sinkronisasi memerlukan inisialisasi, agar data yang diterima sama dengan data yang dikirimkan. Pada proses inisialisasi ini setiap perangkat yang terhubung harus memiliki baud rate (laju data ) yang sama. A. Baud Rate Untuk standard kristal dan frekuensi resonansi, baud rate yang yang paling sering digunakan untuk operasi asinkron dapat di generalisasikan menggunakan seting UBBR. Rating error yang tinggi masih bisa diterima, tetapi receiver akan punya resistansi noise yang sedikit pada saat error rating yang tinggi. Untuk menghitung nilai error dapat digunakan dengan memakai persamaan di bawah ini: 16 ......................................(2.3) B. Inisialisasi USART Berikut register yang perlu disetting untuk mengatur komunikasi serial USART : UBRR (USART Baud Rate Register) digunakan untuk menentukan baud rate USART dengan rumus : UBRR = (fosc / 16 x baudrate) - 1; UCSRB (USART Control and Status Register B) digunakan untuk mengaktifkan penerimaan dan pengiriman data USART; UCSRC (USART Control and Status Register C) digunakan untuk mengatur mode komunikasi USART. C. Pengiriman Data Pengiriman data dilakukan per byte menunggu UDR (USART I/O data register) kosong (UDR register tempat menyimpan data USART, menjadi satu dengan register UBRR). Jika kosong, maka bit UDRE (USART Data Register Empty) pada UCSRA akan set, sehingga siap menerima data baru yang akan dikirim. D. Penerimaan Data Penerimaan data dilakukan dengan memeriksa bit RXC (USART Receive Complete) pada register UCSRA (USART Control and Status Register A). RXC akan set 1 jika ada data yang siap dibaca. Data yang diterima akan disimpan pada register UDR. 17 2.1.4 Two-wire Serial Interface Two-wire Serial Interface (TWI) adalah protocol yang memperbolehkan system designer untuk menghubungkan hingga 128 devices berbeda menggunakan hanya TWI bi-directional bus lines, satu untuk clock (SCL) dan satu lagi untuk data (SDA). Satu-satunya external hardware yang dibutuhkan untuk mengimplementasi busnya adalah sebuah pull-up resistor untuk setiap jalur bus TWI. Semua device yang terhubung ke bus memiliki alamatnya sendiri, dan mekanisme untuk memecahkan permasalahan bus terdapat pada protocol TWI. Gambar 2.5 TWI Bus Interconnection Tabel 2.2 Nilai Pull-up resistor yang digunakan pada jalur TWI Condition Min Max fSCL ≤ 100 kHz fSCL > 100 kHz Ket : Cb = kapasitas pada satu garis jalur dalam pF 18 A. Mengirimkan data Setiap bit data yang dikirim pada TWI bus didampingi dengan sebuah pulse pada jalur clock. Level tegangan pada jalur data harus stabil saat jalur clock dalam kondisi high. Satu-satunya pengecualian dari peraturan ini adalah untuk menghasilkan kondisi START dan STOP. B. Kondisi START dan STOP Master memulai dan mengakhiri pengiriman data. Pengiriman dimulai saat master mengeluarkan kondisi START pada bus, dan diakhiri pada saat master mengeluarkan kondisi STOP. Diantara kondisi START dan STOP, jalur dinyatakan sibuk dan tidak ada master lain yang mencoba untuk merampas control bus. Masalah khusus muncul saat sebuah kondisi START baru muncul diantar kondisi START dan STOP. Hal ini disebut kondisi REPEATED START, dan digunakan saat master menginginkan memulai pengiriman baru tanpa melepas control bus. Setelah sebuah REPEATED START, bus menjadi sibuk sampai STOP berikutnya. Kondisi START dan STOP ditandai dengan merubah level dari jalur SDA saat jalur SCL high. Gambar 2.6 Kondisi START, REPEATED START, dan STOP 19 C. Format paket data Semua paket data yang dikirim pada jalur TWI memiliki panjang sembilan bit, berisikan satu byte data dan sebuah bit acknowledge. Selama sebuah transfer data, master menghasilkan clock dan kondisi START dan STOP, saat penerima bertanggung jawab untuk men-acknowledge yang ditangkap. Sebuah Acknowledge (ACK) ditandai dengan penerima membuat jalur SDA low selama putaran SCL kesembilan. Jika penerima membiarkan jalur SDA high itu menandakan NACK. Saat penerima menerima byte terakhir, atau untuk sebab lain tidak dapat menerima byte lagi, penerima harus memberitahu pengirim dengan mengirimkan sebuah NACK setelah byte terakhir. MSB dari byte data dikirim pertama. Gambar 2.7 Format Paket Data 20 2.2. Pulse Width Modulation (PWM) Gambar 2.8 Pulsa PWM dengan perbandingan kondisi High dan Low Berdasarkan www.visionrobo.com/ apabila ingin membuat kecepatan motor DC berubah – ubah dari Rotation Per Minute (Rpm) tinggi ke Rpm rendah, hal yang biasa dilakukan adalah dengan cara menurunkan level tegangannya ke tegangan yang lebih kecil. Cara seperti itu bukanlah ide yang baik karena dengan menurunkan level tegangan, maka torsi dari motorpun akan semakin berkurang sehingga apabila diaplikasikan untuk penggunaan beban yang berat akan menjadi kurang maksimal. Pulse Width Modulation (PWM) adalah konsep yang bisa digunakan untuk mengatur kecepatan motor dengan menggunakan pulsa digital untuk membuat beberapa nilai yang analog selain dari hanya level sinyal high dan low. Dengan mengatur mode on dan off motor secara simultan dan apabila mode tersebut dilakukan secara cepat, maka akan didapatkan kecepatan motor yang diinginkan. 21 2.2.1 Implementasi PWM pada AVR PWM dapat dibangkitkan pada mikrokontroler AVR dengan cara menggunakan timer dan frekuensi clock yang ada pada AVR tersebut. Pada mikrokontroler AVR atmega 8 frekuensi clock mendekati sampai 1 MHz. ………………………………………………………..(2.4) Untuk mendapatkan frekuensi yang diinginkan dapat dengan cara merubah clock timer dengan menggunakan prescaler :c ..............................................................(2.5) Dalam pengimplementasian pada AVR ada beberapa variable yang dibutuhkan untuk dapat membangkitkan PWM : - TOP : Jumlah dari siklus clock selama satu waktu periode PWM ……………………………………………………….(2.6) - OCR : Jumlah dari siklus clock pada saat periode PWM ( output compare register ) …………………………………………………………(2.7) - Timer_value : nilai dari timer yang menghitung dari top ke zero dan zero ke top pada setiap siklus. Periode waktu untuk gelombang kotak ditentukan dengan 2 variabel Tclk danTOP sehingga Periode waktu tersebut didapatkan dengan menggunakan rumus: ……………………………………….…………………….(2.8) atau ………………………...……………………………(2.9) 22 Nilai dari periode waktu yang diinginkan bisa didapatkan dengan mengatur control bit didalam kontrol register pada kedua variabel tersebut. Pengaturan dalam PWM menggunakan duty cycle yaitu fraksi waktu sinyal pada keadaan logika high dalam satu siklus. Duty cycle digambarkan sebagai persen dari nilai digital high ke nilai digital low yang menunjukkan suatu periode PWM. ……………….………………………………………….(2.10) Untuk mengetahui output PWM bisa didapatkan dari perbandingan timer value dan OCR. Apabila timer value lebih besar dari OCR maka output PWM adalah low, sebaliknya bila timer value lebih kecil dari OCR maka output PWM adalah high. Kebanyakan sistem digital menggunakan tegangan sebesar 5-volt dari power supply, sehingga jika mem-filter suatu sinyal yang memiliki 50% duty cycle, dapat diperoleh tegangn rata-ratanya dari 2.5 volt. Gambar 2.9 Pulsa PWM dengan Duty Cycle yang berbeda 2.3. Regulator Tegangan (LM – 2576 , LM – 7805 dan AIC 1734 – 33) Regulator tegangan LM – 2576 dipergunakan untuk mendapatkan tegangan stabil 5V dengan arus maksimal 3A. Regulator tegangan LM – 7805 23 dipergunakan untuk mendapatkan tegangan stabil 5V dengan arus maksimal 1A. Regulator tegangan AIC 1734 – 33 dipergunakan untuk mendapatkan tegangan stabisl 3.3V dengan arus maksimal 300mA. 2.3.1 LM – 2576 Fitur- fitur pada regulator LM-2576: • Output bisa mencapai 3A • Adjustable output yang bias diatur dari 3,3V – 15V • Thermal shutdown dan proteksi pembatas arus • Kemampuan shutdown TTL, dan daya yang rendah pada mode standby • Efisiensi tinggi • Membutuhkan hanya 4 komponen eksternal Berikut contoh rangkaian regulator tegangan dengan LM-2576: Gambar 2.10 Contoh Rangkaian Regulator Tegangan dengan LM-2576HV 2.3.2 LM – 7805 Fitur- fitur pada regulator LM 7805: • Output bisa mencapai 1A 24 • Tegangan output pada 5V • Thermal Overload Protection • Short Circuit Protection • Output Transistor Safe Operating Area Protection Berikut contoh rangkaian regulator tegangan dengan LM-7805: Gambar 2.11 Contoh Rangkaian Regulator Tegangan dengan LM-7805 2.3.3 AIC 1734 – 33 Regulator AIC 1734 – 33 mampunyai tiga kaki yang tiap kakinya mempunyai fungsi yang berbeda-beda yang teridiri dari 1 kaki input, 1 kaki ground, dan 1 kaki output. Fitur- fitur pada regulator AIC 1734 - 33: • Output bisa mencapai 300 mA • Tegangan output pada 3.3V • Pembatasan arus dan suhu • Hanya membutuhkan kapasitor 1 μF untuk kestabilan output Berikut contoh rangkaian regulator tegangan dengan AIC 1734-33: 25 Gambar 2.12 Rangkaian Regulator Tegangan dengan AIC 1734-33 2.4. Radio Frequency Identification Device (RFID) Radio Frekuensi Identification Device (RFID) adalah suatu perangkat teknologi komunikasi yang bekerja secara wireless. RFID memungkinkan pengguna untuk mengidentifikasi objek tag dengan menggunakan frekuensi radio. Cara kerja dari RFID adalah mendeteksi dan mengidentifikasikannya tag dengan menggunakan reader, kemudian mentransmisikan data hasil baca ke komputer host atau perangkat – perangkat yang lainnya untuk diproses lebih lanjut. Secara umum, terdapat beberapa bagian penting dalam RFID yang digunakan dalam suatu sistem yaitu reader, tag, dan host (controller). 2.4.1 Readers RFID Sebuah Reader RFID adalah benar-benar radio, seperti yang ada di dalam mobil, yang membedakan adalah Reader RFID mengambil menggunakan signal analog bukan hip-hop. Reader-nya menghasilkan listrik yang mengalir melalui kabel, listrik tersebut mengenai sebagian logam pada antena dan mengeluarkan sinyal dengan nilai frekuensi dan panjang gelombang tertentu. 26 Reader tidak hanya menghasilkan sinyal yang dikirim melalui antena ke angkasa, tetapi juga mendengarkan respon dari tag sehingga reader merupakan penjembatan antara tag RFID dan modul controller. Reader RFID pada dasarnya adalah piranti komputer mini yang terdiri dari tiga bagian: antena, modul RF yang bertugas untuk berkomunikasi dengan tag RFID dan modul controller yang bertugas untuk berkomunikasi dengan controller. Selain sebagai interrogator, reader juga berfungsi sebagai pemberi daya (untuk tag pasif) dan menuliskan data ke dalam tag (untuk smart tag). Reader RFID mengirimkan dan menerima gelombang analog dan mengubah mereka menjadi untaian nol dan satu, bit dari informasi digital. 2.4.2 Tag Tag dapat bekerja dengan mengambil tenaga dari energi gelombang radio yang dipancarkan oleh reader. Fungsi dari tag adalah memberikan tanggapan kepada reader dengan mengirimkan sinyal kembali sesaat setelah reader mengirimkan sinyal radio ke udara. Tag RFID dibuat dari dua bagian dasar: chip, atau integrated circuit (IC), dan antenna. chip adalah sebuah komputer kecil yang menyimpan nomor seri unik dari chip. Chip juga memiliki logika untuk memberitahu dirinya apa yang harus dilakukan saat berada didepan reader. Antena memungkinkan chip untuk menerima tenaga dan berkomunikasi, memungkinkan tag RFID untuk bertukar data dengan reader. Tipe komunikasi yang mengijinkan perpindahan ini terjadi 27 disebut backscatter. Reader mengirimkan gelombang elektromagnetik pada satu frekuensi yang spesifik. Gelombang itu mengenai Tag RFID, dan tag kemudian Scatters back gelombangnya dengan frekuensi berbeda dengan menyandikan informasi dari chip pada gelombang backscatter tersebut. (Sweeney, 2005, p20) Tag RFID terdiri dari tiga jenis yaitu: - Active Tag mempunyai power supply on-board seperti baterai. Ketika tag ingin mentransmisi data ke reader, tag mengambil daya dari baterai tersebut untuk mentransmisikan datanya. Karena itu, active tag dapat berkomunikasi dengan reader yang hanya mempuyai daya kecil dan dapat mentransmisikan informasi dalam range yang lebih jauh hingga mencapai 10 kaki. - Semi Passive Tag, mempunyai baterai terintegrasi dan oleh karena itu tidak memerlukan energi dari medan pembaca untuk menggerakkan chip itu. Ini memungkinkan tag untuk berfungsi dengan tingkatan sinyal yang lebih rendah, menghasilkan yang lebih besar sampai 100 meter. Jaraknya terbatas karena tak tidak mempunyai pemancar terintegrasi, dan masih perlu menggunakan medan pembaca untuk komunikasi kembali ke pemancar itu. - Passive Tag, tidak mempunyai power supply on-board. Tag ini mendapatkan daya untuk mentransmisikan data dari sinyal yang dikirimkan dari reader. Oleh karena itu ukurannya lebih kecil dan lebih 28 lebih murah dari active tag. Tetapi range dari passive tag lebih dekat dibandingkan dengan active tag hanya 2 kaki saja. Di bawah ini merupakan tabel penjelasan secara spesifik antara tag RFID aktif dan tag RFID pasif. Tabel 2.3 Perbedaan antara Active tag dan Passive tag Active Tag Sumber energi tag Passive Tag Dari internal ke tag Energi dikirim menggunakan frekuensi radio dari reader Baterai tag Ya Tidak Keperluan sinyal Sangat kecil Sangat besar kuat dari tag Jarak Di atas 100 m Antara 3-5 m Kemampuan baca Pengenalan 1000 buah tag Beberapa ratus tag dapat tag – lebih dari 100 mph dibaca dalam jarak 300m dari reader Penyimpanan data Lebih dari 128 KB atau 128 Bytes dari tulis/baca baca / tulis dengan pencarian yang canggih dan pengaksesan Ketersediaan Terus menerus Hanya dalam daerah 29 jangkauan reader energi Tag RFID adalah piranti yang akan menjadi pengganti barcode di masa yang akan datang. RFID punya kemampuan untuk membaca informasi tanpa harus memerlukan kontak karena di dalam bagian tag terdapat rangkaian modern yang terintegrasi. Perbedaan lain yang membuat RFID lebih unggul dibanding denga barcode adalah fitur RFID yang jauh lebih baik dalam hal teknis. Tabel 2.4 Perbandingan Teknologi Barcode dengan RFID Barcode RFID Transmisi data Optik Elektromagnetik Ukuran data 48 bit (Code-39) 64-80 bit Modifikasi data Tidak bisa Bisa & tidak bisa Posisi pembawa data Kontak cahaya Tanpa kontak Jarak komunikasi Dari cm sampai meter Dari cm sampai km Supseptibilitas Debu Dapat diabaikan Tidak bisa Bisa Lingkungan Pembacaan jarak 30 2.4.3 ISO/IEC JT1/SC17 International Organization for Standardization (ISO) telah bekerjasama dengan International Electrotechnical Commission (IEC) untuk membuat standar untuk mengidentifikasi kartu dan alat yang berhubungan. Tabel 2.5 ISO/IEC Standart Identifikasi Kartu Standard Tipe dari ID Card Hal yang dibahas ISO/IEC 10536 Smart identification Part 1: karakter fisik mengidentifikasi cards, menggunakan Part 2: dimensi dan letak dari kartu — RFID pada 13.56 MHz area coupling contactless Part 3: Sinyal elektronik dan integrated prosedur reset circuit(s) cards Part 4: Protokol untuk menjawab reset dan kiriman ISO/IEC 14443 Smart identification Part 1: karakter fisik mengidentifikasi cards dengan jarak Part 2: Interface udara kartu — Proximity panjang (hingga 1 Part 3: Inisialisasi dan integrated meter), menggunakan anticollision circuit(s) cards RFID pada 13.56 MHz Part 4: Protocol pengiriman ISO/IEC 15693 Part 1: karakter fisik Contactless Part 2: Interface udara dan Integrated inisialiasi circuit(s) cards — Part 3: Protocol anticollison Vicinity cards dan pengiriman 31 ISO 10536, 14443, dan 15693 mencakup karakter fisik, interface udara dan inisialisasi, dan protocol anticollision dan pengiriman dari Vicinity cards (contactless Intergrated circuit cards, juga dikenal sebagai Smart identification cards). Mereka juga digunakan pada proximity cards, cakupan area seperti tenaga frekuensi radio dan interface signal. Tag pada smart card ini dapat digunakan pada beberapa aplikasi sehingga pada satu kartu yang sama dapat digunakan untuk akses masuk, login computer, dan pembayaran kantin. 2.4.4 RFID SL030 RFID SL030 adalah modul RFID yang mempunyai fungsi untuk membaca dan juga menulis suatu tag. Module RFID ini berkomunikasi ke modul kontroler dengan menggunakan komunikasi serial I2C. Konsep komunikasi I2C pada modul RFID ini menggunakan dua buah jalur , yaitu (Serial Data Line) SDA dan (Serial Clock Line) SCL. Fitur – fitur yang disediakan oleh modul RFID SL030: - Support terhadap tag : Mifare 1K, Mifare 4K, Mifare UltraLight - Deteksi tag secara auto - Built – in antenna - Komunikasi bus I2C dari 0 – 400KHz - VDD beroperasi pada DC2,5V sampai DC3,6V dan toleransi pin I/O 5V - Bekerja pada arus kurang dari 40mA @ 3,3V - Power down current kurang dari 10uA 32 - Jarak operasi deteksi : sampai 50mm (tergantung dari tag) Pada modul RFID SL030 terdapat pin I/O sebanyak 6 buah dengan kegunaan masing – masing. Penjelasan dari setiap pin modul RFID dijelaskan pada Tabel 2.6 dan untuk gambar dari modul RFID SL030 bisa dilihat seperti pada Gambar 2.13 Tabel 2.6 Deskripsi pin dari modul RFID SL030 PIN SIMBOL TIPE DESKRIPSI PIN 1 VDD PWR Suplai tegangan dari DC2,5V - DC3,6V 2 IN Input Falling edge mengaktifkan SL030 dari mode power down 3 SDA Input/Output Serial Data Line 4 SCL Input Serial Clock Line 5 Out Output Tag Detect Signal Low level indicating tag in High level indicating tag out 6 GND 7 NC 8 NC 9 NC 10 NC PWR Ground 33 Gambar 2.13 Konfigurasi pin modul RFID SL030 2.4.5 Format Command Pada Modul RFID SL030 Untuk bisa mengirimkan data dari host ke ke modul RFID ataupun sebaliknya, terdapat format pengiriman data yang harus diperhatikan mengikuti format yang didukung oleh modul RFID SL030. Beberapa format deskripsi command yang digunakan adalah sebagai berikut : - Host Write Command to SL030: Karena modul RFID SL030 memakai komunikasi I2C, maka untuk bagian address panjang datanya adalah 1 byte yaitu 7 bit pertama adalah addres dan 1 bit terakhir adalah read/write bit. Apabila host ingin melakukan write command, maka addres harus bernilai 0xA0 yang apabila dijadikan ke biner maka bit terakhirnya bernilai 0 yang artinya adalah untuk menandakan fungsi write. Len adalah length byte yaitu byte yang dihitung 34 mulai dari command code sampai pada byte terakhir dari data. Command adalah jenis perintah yang dikirimkan dari host ke modul RFID SL030. Untuk bagian data adalah panjang byte data yang akan di kirimkan ke modul RFID. - Host Read The Result: Pada saat host mengirimkan perintah kepada modul SL030, maka selanjutnya akan ada balasan dari modul SL030 ke host. Hasil dari balasan itulah yang menjadi host read the result. Format data yang dikirimkan oleh modul RFID SL030 mempunyai address, length byte, command, status, dan data. Untuk read panjang address adalah 1 byte yaitu 7 bit pertama adalah addres dan 1 bit terakhir adalah read/write bit. Pada saat host membaca, maka modul RFID akan memberikan balasan address dengan nilai 0xA1 yang apabila dijadikan ke biner maka bit terakhirnya bernilai 1 yang artinya adalah untuk menandakan fungsi read. Len adalah length byte yaitu byte yang dihitung mulai dari command code, status, sampai pada byte terakhir dari data. Command adalah byte yang isinya perintah yang akan dikirimkan. Status adalah bagian yang menyatakan status pembacaan dari modul RFID yang bisa dilihat pada Tabel 2.8. Data sendiri adalah data balasan yang dikirimkan kembali ke host. 35 Tabel 2.7 Command Overview dari modul RFID SL030 Command Description 0x01 Select Mifare card 0x02 Login to a sector 0x03 Read a data block 0x04 Write a data block 0x05 Read a value block 0x06 Initialize a value block 0x07 Write master key (key A) 0x08 Increment value 0x09 Decrement value 0x0A Copy value 0x10 Read a data page (ultra_light) 0x11 Write a data page (ultra_light) 0x50 Go to Power Down mode Tabel 2.8 Status Overview dari modul RFID SL030 Status Description 0x00 Operation success 0x01 No tag 0x02 Login success 0x03 Login fail 0x04 Read fail 36 0x05 Write fail 0x06 Unable to read after write 0x0A Collision occur 0x0C Load key fail 0x0D Not authenticate 0x0E Not a value block Command list adalah perintah – perintah yang bisa diberikan kepada modul SL030. Perintah – perintah tersebut mencakup beberapa fungsi khusus untuk mengakses modul SL030. A. Select Mifare Card Command ini digunakan untuk mengetahui jenis dan tipe tag yang dipakai. Dimulai dari host mengirimkan perintah select mifare card dengan set nilai 0x01, kemudian host akan mendapatkan respon dari modul SL030 berupa status hasil pembacaan, beserta serial number dan tipe tag. Status yang ada pada saat host melakukan read adalah sebagai berikut: 0x00: Operation success 0x01: No tag 0x0A: Collision occur 37 Serial number dari tag akan terdeteksi apabila operasi berhasil dijalankan. Untuk Mifare Standard dan Mifare ProX besar memorinya adalah 4 bytes, untuk Mifare Ultralight dan Mifare DesFire adalah sebesar 7 byte. Tipe tag yang diketahui oleh modul SL030 adalah sebagai berikut : 0x01: Mifare Standard 1K card 0x02: Mifare Pro card 0x03: Mifare UltraLight card 0x04: Mifare Standard 4K card 0x05: Mifare ProX card 0x06: Mifare DesFire card B. Login to a sector Untuk bisa mengakses informasi yang ada di dalam tag, harus login terlebih dahulu ke dalam sektor yang dipakai. Untuk itu yang harus dikirimkan oleh host ke modul SL030 adalah: Dalam setiap sektor terdapat masing – masing 4 blok. Blok ke 3 dari setiap sektor digunakan untuk key A, acces bits, dan key B. Untuk dapat login ke sektor maka dibutuhkan tipe key yaitu 0xAA untuk key A, dan 0xBB untuk key B. Untuk key sendiri adalah banyaknya byte dalam satu key yaitu 6 byte. Balasan dari modul SL030 ke host akan memberikan status berupa informasi dari hasil membaca tag yaitu : 38 Untuk jenis status yang bisa dikirmkan ke host dari modul RFID adalah sebagai berikut : 0x02: Login success 0x01: No tag 0x03: Login fail 0x0C: Load key fail C. Read a data block Pada tag RFID Dari 4 blok yang terdapat dalam setiap sektor terdapat 3 blok yang bisa dipakai sebagai data. Untuk dapat membaca data blok maka host mengirimkan perintah ke modul SL030 dengan menggunakan command 0x03 yang artinya read a data block yang kemudian diikuti blok yang ingin dibaca oleh host. Setelah modul SL030 menerima perintah, maka selanjutnya memberikan balasan kembali ke host yaitu status dari operasi baca tag tersebut dan juga data sepanjang 16 byte dari blok yang diminta oleh host. Status yang terdapat pada fungsi read a data block adalah sebagai berikut : 0x00: Operation success 0x04: Read fail 39 0x0D: Not authenticate 0x01: No tag D. Write a data block Untuk dapat menulis blok yang ada di setiap sektor tag RFID, maka host mengirimkan perintah ke modul SL030 dengan menggunakan command 0x04 yang artinya write data block. Kemudian host juga mengirimkan blok yang mana yang ingin ditulis dan juga data sebesar 16 byte yang ingin dituliskan ke dalam blok tersebut. Setelah modul SL030 menerima perintah dari host dan menjalankan perintah tersebut, maka selanjutnya memberikan balasan kembali ke host yaitu berupa status dari hasil perintah penulisan, dan juga data yang sudah dituliskan pada blok yang diinginkan. Status yang terdapat pada fungsi write a data block adalah sebagai berikut : 0x00: Operation success 0x01: No tag 0x05: Write fail 0x06: Unable to read after write 0x07: Read after write error 0x0D: Not authenticate 40 2.5. Structured Query Language (SQL) Structured Query Language atau yang biasa disebut SQL merupakan bahasa pemrograman yang diaplikasikan dalam berbagai macam database dimana SQL memeliki beberapa kelebihan seperti menampilkan isi dari suatu database yang selanjutnya data tersebut dapat difilter dan dimanipulasi sesuai kebutuhan aplikasi. Perintah – perintah dalam SQL dibagi kedalam dua kelompok besar yaitu Data Manipulation Language dan Data Definition Language. 2.5.1 Syntax Dasar SELECT coloums FROM tables WHERE conditions Perintah SELECT dan FROM digunakan untuk menampilkan data yang ada di database dari table yang diaplikasikan dengan membatasi jumlah kolom yang ditampilkan dari tabel, sedangkan jumlah baris yang dihasilkan tidak dibatasi. Pengambilan data yang tidak diperlukan dapat mengakibatkan penurunan performa dari aplikasi, oleh karena itu digunakan syntax WHERE yang berguna untuk menentukan kriteria dari RECORD yang ditampilkan. 41 2.5.2 Logika AND OR Penggunaan logika AND atau OR dapat diaplikasikan dalam membuat suatu kriteria dengan klausa yang ada pada syntax untuk mendapatkan data yang lebih spesifik. 2.5.3 Manipulasi Data Selain untuk mengambil informasi dari database, SQL juga dapat digunakan memanipulasi data dengan perintah-perintah yang ada. Proses tersebut meliputi menambah, menghapus, dan mengedit data. Perintah manipulasi data sangat sering digunakan dalam aplikasi database dan bahakan dapat dikatakan menjadi inti sebuah aplikasi. Sebuah tabel dapat diisi dengan data, dihapus, maupun diedit datanya. Perintah-perintah tersebut dilaksanakan berdasarkan kriteria tertentu menggunakan keyword WHERE. A. Statement INSERT Untuk mengisikan data ke dalam suatu tabel digunakan perntah INSERT yang memiliki syntax umum sebagai berkut : INSERT table (column list) VALUES (value list) Apabila perintah INSERT digunakan untuk mengisikan seluruh kolom yang terdapat di suatu tabel maka nama kolom tidak perlu disebutkan secara eksplisit. Cukup disebutkan nilai data yang akan dimasukkan saja. Misalnya untuk 42 mengisikan data ke tabel Posisi yang hanya terdiri dari tiga kolom dilancarkan perintah berikut : INSERT Posisi B. Statement DELETE Statement DELETE merupakan kebalikan perintah INSERT. Perintah ini menghapus data yang terdapat di suatu tabel. Data dihapus per record atau per baris berdasarkan kriteria tertentu. Penentuan kriteria record mana yang akan dihapus bisa dilakukan dengan menggunakan klausa WHERE. Syntax umum statement ini adalah sebagai berikut : DELETE FROM table_name WHERE Condition Apabila diinginkan untuk mengosongkan tabel dan menghapus semua data yang ada di dalamnya maka digunakan perintah DELETE tanpa menggunakan kondisi WHERE. Contoh berikut adalah perintah untuk mengosongkan isi tabel Products : DELETE Products Perintah tersebut hanya mengosongkan isi tabel saja tetapi tidak menghapus tabelnya. C. Statement UPDATE Apabila ingin mengedit atau merubah suatu data tanpa menghapusnya maka digunakan perintah UPDATE. Perintah ini juga menggunakan kondisi tertentu dengan klausa WHERE sebagaimana perintah DELETE. 43 Syntax umum statement UPDATE adalah sebagai berikut : UPDATE table_name SET Column1 = Value1, Column2 = Value2 WHERE condition Perintah tersebut melakukan perubahan pada kolom tertentu sebagaimana yang disebutkan dalam perintah SET. Perubahan dilakukan terhadap record yang memenuhi kriteria di klausa WHERE. 2.6. Komunikasi Serial Kelebihan dari komunikasi serial ialah panjang kabelnya bisa jauh lebih panjang dibandingkan dengan paralel, karena port serial mengirimkan logika ‘1’ dengan kisaran tegangan -3V hingga -25V dan logika ‘0’ sebagai +3V hingga +25V sehingga kehilangan daya karena masalah panjang kabel bukan menjadi masalah dalam komunikasi serial. Bandingkan dengan port paralel yang menggunakan tegangan berkisar 0V untuk logika ‘0’ dan +5V untuk logika ‘1’. Untuk port serial lebih sulit ditangani karena peralatan yang dihubungkan ke port serial harus berkomunikasi dengan menggunakan transmisi serial, sedangkan data di komputer diolah secara paralel. Oleh karena itu data dari dan ke port serial harus dikonversikan ke dan dari bentuk paralel agar bisa diproses oleh komputer. Sedangkan untuk komunikasi secara paralel, bisa langsung diakses ke dan dari komputer secara langsung tanpa adanya konverter. 44 2.6.1 Universal Asynchronous Receiver-Transmitter (UART) UART atau Universal Asynchronous Receiver-Transmitter adalah bagian perangkat keras komputer yang menerjemahkan antara bit-bit paralel data dan bitbit serial. UART biasanya berupa sirkuit terintegrasi yang digunakan untuk komunikasi serial pada komputer atau port serial perangkat periperal. Gambar 2.14 Pengiriman Data pada UART Pengiriman data pada UART dimulai dari start bit, lalu data dimulai dari LSB, parity bit, dan dua stop bit. UART harus disesuaikan antar dua komponen untuk dapat berkomunikasi. Gambar 2.15 Perubahan Level Tegangan pada UART 2.6.2 MAX 232 MAX-232 adalah dual driver/receiver yang meliputi sebuah pembangkit tegangan kapasitif untuk men-supply tingkat tegangan TIA/EIA-232-F dari 45 sebuah supply tegangan 5V. setiap receiver merubah TIA/EIA-232-F yang masuk menjadi tingkat 5V TTL/CMOS. Receiver ini memiliki 1.3V threshold, 0.5V hysteresis, dan dapat menerima ± 30V input. Setiap driver merubah tingkat tegangan TTL/CMOS pada input menjadi tingkat tegangan TIA/EIA-232-F. IC MAX-232 ini memiliki fungsi : • Beroperasi dari sebuah supply tenaga 5V dengan 1.0µF kapasitor ChargePump • Bekerja hingga 120 Kbit/s • Dua driver dan dua receiver • ± 30V tingkat input • Arus supply rendah sebesar 8mA Gambar 2.16 Contoh Rangkaian Standar MAX-232 46 2.7. Motor DC Motor DC adalah sistem mesin yang berfungsi mengubah tenaga listrik arus searah menjadi tenaga gerak atau mekanis. Motor DC hampir dapat dijumpai di setiap peralatan baik rumah tangga, kendaraan bahkan dalam dunia industri sekalipun, dari yang beukuran mikro sampai motor yang memiliki kekuatan ribuan daya kuda. 2.7.1 Pengendalian Motor DC Setiap arus yang mengalir melalui sebuah konduktor akan menimbulkan medan magnet. Arah medan magnet dapat ditentukan dengan kaidah tangan kiri. Ibu jari tangan menunjukkan arah aliran arus listrik sedangkan jari-jari yang lain menunjukkan arah medan magnet yang timbul, seperti yang ditunjukkan oleh gambar berikut ini. Gambar 2.17 Kaidah Tangan Kiri 47 Jika suatu konduktor yang dialiri arus listrik ditempatkan dalam sebuah medan magnet, kombinasi medan magnet akan ditunjukkan oleh Gambar 2.17. Arah aliran arus listrik dalam konduktor ditunjukkan dengan tanda “x” atau “.”. anda “x” menunjukkan arah arus listrik mengalir menjauhi pembaca gambar, tanda “.” menunjukkan arah arus listrik mengalir mendekati pembaca gambar. Gambar 2.18 Konduktor Berarus Listrik Dalam Medan Magnet Sebuah cara lagi untuk menunjukkan hubungan antara arus listrik yang mengalir didalam sebuah konduktor, medan magnet dan arah gerak, adalah kaidah tangan kanan untuk motor seperti yang diperlihatkan pada gambar dibawah ini. 48 Gambar 2.19 Kaidah Tangan Kanan Untuk Motor Kaidah tangan kanan untuk motor menunjukkan arah arus yang mengalir didalam sebuah konduktor yang berada dalam medan magnet. Jari tengah menunjukkan arah arus yang mengalir pada konduktor, jari telunjuk menunjukkan arah medan magnet dan ibu jari menunjukkan arah gaya putar. Adapun besarnya gaya yang bekerja pada konduktor tersebut dapat dirumuskan dengan : .....................................................................................(2.11) Dimana : B = kerapatan fluks magnet (weber) L = panjang konduktor (meter) I = arus listrik ( ampere) 2.7.2 Karakteristik Motor DC • Kutub medan. Secara sederhana digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang stasioner dan dinamo yang menggerakkan 49 bearing pada ruang diantara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan: kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar melintasi bukan diantara kutub-kutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya dari luar sebagai penyedia struktur medan. • Dinamo. Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus ini akan menjadi elektromagnet. Dinamo yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor DC yang kecil, dinamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi, arusnya berbalik untuk merubah kutub-kutub utara dan selatan dinamo. • Commutator. Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah untuk membalikan arah arus listrik dalam dinamo. Commutator juga membantu dalam transmisi arus antara dinamo dan sumber daya. Keuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan, yang tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor ini dapat dikendalikan dengan mengatur: • Tegangan dynamo – meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan kecepatan. • Arus medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan. 50 2.8. Opto-isolator Sebuah opto-isolator integrated circuit, terdiri atas sebuah infrared LED dan silicon photodiode dengan integrated amplifier stage. Pada elektronika, sebuah opto-isolator (optical isolator, optocoupler, photocouple, atau photoMOS) adalah sebuah alat yang menggunakan optical transmission jarak pendek untuk mentransfer signal antara element dari rangkaian, secara khusus sebuah transmitter dan receiver, dengan menjaga elektrikalnya terpisah. Karena signal berubah dari signal elektrik ke signal cahaya dan kembali menjadi signal listrik, kontak listrik sepanjang jalurnya putus. 2.8.1 Konfigurasi Opto-isolator Gambar 2.20 Skematik diagram dengan sebuah LED dan phototransistor Implementasi umum yang menggunakan LED dan phototransitor, terpisah sehingga jalur cahaya berjalan melewati penghalang tetapi arus listrik tidak. Saat sebuah sinyal elektrik diberikan ke input dari opto-isolator, LED-nya menyala, sensor cahayanya kemudian aktif, dan sinyal elektrik yang bersesuaian dihasilkan pada outputnya. 51 Dengan sebuah phototdiode sebagai detektor, arus output sebanding dengan jumlah cahaya yang disediakan oleh emitter. Diode dapat digunakan pada photovoltaic mode atau photoconductive mode. Pada photocoltaic mode, diode bertindak seperti sumber arus yang paralel dengan diode prategangan maju. Arus dan tegangan output tergantung pada impedance beban dan intensitas cahaya. Pada photoconductive mode, diode dihubungkan dengan supplay tegangan, dan perbesaran arus yang dihasilkan secara langsung sebanding dengan intensitas cahaya. Gambar 2.21 Contoh rangkaian penggunaan opto-isolator Diantara aplikasi lain, opto-isolator dapat membantu mengurangi ground loops, menghalangi spike tegangan, dan menghasilkan electrical isolation. 52 2.9. Teori gir dan rantai Gir secara umum dipakai dalam mentransmisikan tenaga atau kekuatan untuk beberapa alasan. Mereka dapat diskalakan untuk mentransmisikan kekuatan dari sumber yang kecil, sampai sumber yang memiliki kekuatan torsi yang sangat besar. Gir terdiri dari banyak bentuk dan ukuran standar, dalam inci dan metrik. Mereka bervariasi dalam ukuran diameter, ukuran gigi, lebar dari gir, dan bentuk gigi. Adapun dua gir yang dapat dipasangkan ukurannya dapat dipergunakan bersama-sama untuk mentransmisi rasio yang sangat besar ke dalam langkah tunggal. Gir tersedia dalam bentuk spur, internal, seperti bentuk sekerup (helical), herringbone (double helical), bevel, berpilin, hypoid, worm, dan harmonik. Masing-masing jenis punya karakteristik dan kegunaan, meliputi perbedaan di efisiensi, rasio, batang sudut, noise, dan biaya. Gambar 2.22 menunjukkan profil dasar dari sebuah gir jenis spur, gir silindris dengan gigi yang lurus dan paralel ke sumbu rotasi. Mereka biasanya mengirimkan gerak di antara garis lintang sejajar batang. Gambar 2.22 Terminologi gerigi gir 53 2.9.1 Roller Chain Roller chain atau yang disebut dengan rantai roller adalah suatu cara yang dipakai untuk mentransfer kekuatan secara efisien. Disebut rantai roller karena mempunyai alat penggulung pin yang dijaga kesatuannya oleh hubungan terkait. Pada beberapa aplikasi tidak memerlukan pretensioning yang tepat dari katrol. Rantai roller dapat digunakan untuk pengurangan single stage dengan perbandingan 6:1 dengan mengatur jarak katrol, sehingga membuat cara tersebut dinilai sederhana untuk memperoleh nilai yang efisien, dan pengurangan dari sebuah system gerak. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.23, rantai roller terdapat dalam banyak ukuran dan jenis, beberapa diantaranya berguna untuk hal lainnya selain untuk mengirim kekuatan dari satu katrol ke katrol lainnya. Gambar 2.23 Adaptasi Pitch Standar 2.9.2 Gir Worm Gir worm diseberangi poros gerigi seperti bentuk sekerup dimana sudut garis sekrup dari salah satu gigi pada gerigi (worm) punya ketinggian sudut garis sekrup, menyerupai suatu sekrup. Gir semacam ini dipergunakan terutama untuk pengurangan tinggi rasio dari 5:1 menjadi 100:1. Pada pengurangan rasio yang 54 lebih besar, mereka dapat mengunci diri, yaitu ketika kekuatan input dipadamkan, keluaran tidak akan berputar. Gambar 2.24 Gear worm 2.10. Line Follower Line follower adalah satu tehnik yang digunakan untuk mengikuti satu alur. Dimana alur dapat berupa garis hitam pada permukaan putih (atau sebaliknya) atau dapat seperti suatu medan magnet yang tak terlihat. Cara ini bekerja dengan mendeteksi suatu garis dan mengatur manuver dari robot sehingga dapat berada pada posisinya, sementara itu secara konstan mengkoreksi gerakan mekanisme yang salah dengan menggunakan umpan balik membentuk suatu sistem sederhana closed loop yang efektif. 55 2.10.1 Konfigurasi Line Follower Robot menggunakan sensor IR untuk mendeteksi garis, suatu array dari 6 IR Led (Tx) dan sensor (Rx), menghadap ke lantai yang telah disusun sesuai penggunaan. Output dari sensor adalah suatu sinyal analog yang mana bergantung kepada sejumlah cahaya yang direfleksikan balik, sinyal analog ini diberikan ke komparator untuk menghasilkan nilai logika 0 dan 1 yang mana kemudian di inputkan ke kontroler. Untuk diagram konfigurasi dari line follower yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 2.25. Gambar 2.25. Blok diagram Line Follower Untuk algoritma dari 6 sensor Tx dan Rx, digunakan suatu teknik array dimana 3 sensor diletakkan dibagian depan dan 3 sensor lainnya dibagian belakang. Dimulai dari tengah tiap-tiap sensor diberi nama LF, CF, RF, LB, CB, RB. Susunan array digambarkan seperti Gambar 2.26. 56 LF LB CF CB RF RB 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 Left Center Right Gambar 2.26 Susunan array dari 6 sensor Tx dan Rx Dari susunan array yang digambarkan tersebut bisa dibuat suatu algoritma untuk mengontrol pergerakan dari robot sesuai dari input dari nilai array yang dihasilkan. Ketika semua array bernilai 1 maka bisa dikatakan robot berada di home base, dan jika akumulasi dari nilai L > R maka bisa disimpulkan robot condong kearah kanan (dan begitu sebaliknya). 2.11. H-Bridge Gambar 2.27 rangkaian H-bridge 57 Rangkaian H-bridge digunakan sebagai driver motor DC yaitu untuk mengatur arah perputaran dari motor DC dan juga dapat diaplikasikan sebagai pengatur motor DC dengan menggunakan tehnik PWM. H-bridge menggunakan transistor-transistor sebagai switching untuk mengatur arah putar motor baik dalam arah clockwise atau counterclockwise. Transistor yang digunakan menggunakan 2 tipe yaitu NPN dan PNP. Penggunaan transistor jenis NPN dan PNP yaitu untuk memastikan bahwa tegangan pada base berada pada level tegangan yang pantas untuk membuat transistor dalam keadaan saturasi sehinggga memastikan antara collector dan emitter terhubung ke ground atau ke 12V. Pada h-bridge, 2 transistor PNP dihubungkan ke 12V, sementara itu 2 transistor NPN dihubungkan ke ground. Gambar 2.28 Konfigurasi transistor NPN dan PNP Untuk penggunaan besarnya nilai hambatan yang digunakan pada base dapat dilakukan perhitungan switching transistor dengan menggunakan persamaan John Hewes yaitu : 58 …………………………….………………………………….(2.12) Vc = Sumber tegangan yang digunakan untuk mengendalikan base dari transistor (biasanya dalam tegangan TTL). hFE = Penguatan arus transistor. Gambar 2.29 Konfigurasi input data A=1 dan B=0 A='0'; B='1'. Saat input A diberi logika '0' (0V) dan input B diberi logika '1' (5V) maka Q2 akan saturasi sedangkan Q1 tetap cut off. Karena Q2 bersifat saturasi atau seperti saklar yang tertutup maka basis Q3 akan mendapat picuan sehingga Q3 juga bersifat saturasi. Akibatnya arus akan mengalir dengan urutan seperti berikut : Vs Q3 motor Q2 ground, sehingga motor akan berputar searah jarum jam. A=1; B=0. Saat input A diberi logika '1' (5V) dan input B diberi logika '0' (0V) maka Q 1 akan saturasi sedangkan Q2 cut off. Akibatnya Q4 juga akan menjadi saturasi karena basis Q4 mendapat picuan dari Q1. Sehingga arus akan 59 mengalir dengan urutan seperti berikut : Vs Q4 motor Q1 ground dan motor akan berputar berlawanan arah jarum jam. 2.12. L298 L298 adalah Integrated monolithic circuit dalam bungkus 15-lead multiwatt dan powerS020. L298 adalah dual full-bridge driver yang bertegangan dan berarus tinggi yang dirancang untuk menerima logika TTL tingkat standard dan berfungsi untuk men-drive beban induktif seperti relay, solenoid, DC, dan motor stepper. Pada IC ini terdapat dua input enable yang dapat mengaktifkan atau me-non aktifkan alat secara independent berdasarkan sinyal input. Emitter dari transistor pada setiap bridge terhubung bersama dan sambungan luar yang bersesuaian dapat digunakan untuk penghubung external sensing resistor. Input tenaga tambahan menetapkan supaya pada tegangan lebih rendah logika tetap bekerja. 60 Gambar 2.30 Contoh rangkaian untuk sebuah motor menggunakan L298 Table 2.9 Tabel logika L298 Input Output Ven=H C=H ; D=L Maju Ven=L C=L ; D=H Mundur C=D Fast Motor Stop C=X ; D=X Free Running Motor Stop 2.13. Titik Berat Setiap sistem, terdapat sebuah lokasi yang adalah posisi rata-rata dari kumpulan tiap sistemnya. Lokasi itu disebut dengan pusat massa benda. Banyak 61 perhitungan dalam suatu alat mekanis membutuhkan lokasi dari sistem pusat massanya. Dengan adanya pusat massa dari suatu benda maka keseimbangan dari sistem pada benda bisa diatur sehingga benda dapat bekerja dengan optimal. Pusat massa dipengaruhi oleh beberapa elemen seperti berat dari benda, ruang lingkup benda, gaya gravitasi, dan penempatan dari beban yang dikenakan ke benda tersebut. Gambar 2.31 Rectangular Plate Untuk perhitungan secara matematis dgunakan persamaan sebagai berikut : …………………………………….……………………..(2.13) Massa disimbolkan dengan mn dan nilai posisi dari pusat masa dari system disimbolkan dengan rn. Gambar 2.32 Lokasi Pusat Massa 62 ………………………..…………..(2.14) ……………………………………(2.15) 2.14. Berat dan Massa Jika sebuah benda dengan massa M dibiarkan jatuh bebas, percepatannya adalah percepatan gravitasi g dan gaya yang bekerja padanya adalah gaya berat W. Pada benda jatuh bebas berlaku hokum Newton kedua, F = ma, yang akan memperoleh persamaan untuk gaya berat benda, W = mg. Baik W maupun g, kedanya adalah vector yang mengarah ke pusat bumi, dengan W dan g adalah besar vektor berat dan vektor percepatan. Gambar 2.33 Sistem Gaya Pada Katrol Untuk mencegah agar benda berada dalam keadaan diam atau stabil, harus ada gaya keatas yang besarnya sama dengan W supaya gaya netto sama dengan nol. Dalam gambar 2.33 tegangan tali pada katrol bertindak sebagai gaya ini. Untuk system statik tegangan pada, TB = rB (F1-F2), begitu juga tegangan pada, 63 TC = rC (F1-F2). Dari persamaan tersebut bias diperoleh perbandingan antar Tegangan B dan C yaitu, TB = (rB / rC) x TC. Gambar 2.34 Sistem Gaya Pada Link Pada sistem gaya dalam Gambar 2.34, berlaku hukum Newton pertama, ∑F = 0, karena dianggap nilai percepatan a sama dengan nol. Untuk mencari gaya yang bekerja pada tiap titiknya maka tentukan dahulu titik acuan dari setiap gaya yang bekerja pada link tersebut. Nilai dari tiap gaya yang bekerja yaitu, …………………………...…………(2.16) ……………………...………………………..(2.17)
