bab ii landasan teori - potensi utama repository

BAB II
LANDASAN TEORI
II.1 Pengertian Perancangan
Perancangan atau desain didefinisikan sebagai proses aplikasi berbagai teknik dan prinsip
bagi tujuan pendefinisian suatu perangkat, suatu proses atau sistem dalam detail yang memadai
untuk memungkinkan realisasi fisiknya.
Untuk mengendalikan proses desain, A. Davis mengusulkan serangkaian prinsip-prinsip
dasar dalam perancangan/desain sebagai berikut :
1.
Desain tidak boleh menderita karena tunnel vision (visi terowongan).
2.
Desain tidak boleh berulang.
3.
Desain harus terstruktur untuk mengakomodasi perubahan.
4.
Desain harus terstruktur untuk berdegradasi dengan baik, bahkan pada saat data dan eventevent (kejadian-kejadian) menyimpang atau menghadapi kondisi operasi.
5.
Desain bukan pengkodean dan pengkodean bukanlah desain.
6.
Desain harus dinilai kualitasnya pada saat desain dibuat, bahkan setelah jadi.
7.
Desain harus dikaji untuk meminimalkan kesalahan-kesalahan konseptual (semantik).
II.2 Pengertian Implementasi
Implementasi
berasal
dari
bahasa
Inggris
yaitu
to
implement
yang berarti
mengimplementasikan. Implementasi merupakan penyediaan sarana untuk melaksanakan sesuatu
yang menimbulkan dampak atau akibat terhadap sesuatu. Sesuatu tersebut dilakukan untuk
menimbulkan dampak atau akibat itu dapat berupa undang-undang, peraturan pemerintah,
keputusan peradilan dan kebijakan yang dibuat oleh lembaga-lembaga pemerintah dalam
kehidupan kenegaraan. Webster dalam Wahab (2004).
Sedangkan menurut Pressman dan Wildavsky dalam (Tangkilisan, 2003), implementasi
diartikan sebagai interaksi antara penyusunan tujuan dengan sarana-sarana tindakan dalam
mencapai tujuan tersebut, atau kemampuan untuk menghubungkan dalam hubungan kausal
antara yang diinginkan dengan cara untuk mencapainya. Implementasi mengatur kegiatankegiatan yang mengarah pada penempatan suatu program ke dalam tujuan kebijakan yang
diinginkan.
II.3 Pemotong Rumput
Pemotong rumput adalah alat yang digunakan untuk memotong rumput atau tanaman.
Alat ini biasa digunakan untuk merapikan taman dan juga untuk membersihkan lahan dari
rumput ilalang atau rumput sejenisnya. Mata pemotong rumput yang biasa digunakan terbuat
dari plat baja yang tipis, keras dan sangat tajam, sehingga dapat dengan mudahnya memotong
rumput. (Nofriady.H dan Suryadi : 2013)
Melihat kegunaannya dan medan tempat rumput itu, alat pemotong rumput
dibedakan menjadi 2 jenis yaitu, alat pemotong rumput yang didorong dan disandang. Serta juga
pemotong rumput masih tergantung dengan energi listrik PLN sebagai supply energinya, selain
itu mobilitas alat ini masih sangat terbatas
dan belum dapat dikendalikan dari jarak jauh.
II.4 Arduino
Arduino merupakan mikrokontroller yang memang dirancang untuk bisa digunakan
dengan mudah oleh para seniman dan desainer. Dengan demikian, tanpa mengetahui bahasa
pemograman, Arduino bisa digunakan untuk menghasilkan karya yang canggih. Hal ini seperti
yang diungkapkan oleh Mike Schmidt. Menurut Massimo Banzi, salah satu pendiri atau pembuat
Arduino, Arduino merupakan sebuah platform hardware open source yang mempunyai
input/output (I/O) yang sederhana. Menggunakan Arduino sangatlah membantu dalam membuat
suatu prototyping ataupun untuk melakukan pembuatan proyek. Arduino memberikan I/O yang
sudah lengkap dan bisa digunakan dengan mudah. Arduino dapat digabungkan dengan modul
elektro yang lain sehingga proses perakitan jauh lebih efisien.
Arduino merupakan salah satu pengembang yang banyak digunakan. Keistimewaan
Arduino adalah hardware yang open source. Hal ini sangatlah memberi keleluasaan bagi orang
untuk bereksprimen secara bebas dan gratis. Secara umum, Arduino terdiri atas dua bagian utama
yaitu :
1. Bagian Hardware
Berupa papan yang berisi I/O, seperti Gambar II.1 :
Gambar II.1 Board Arduino
(Sumber : Abdul Kadir ; 2013)
2. Bagian Software
Berupa Sofware Arduino yang meliputi Integrated Depelopment Enviroment (IDE) untuk
menulis program. Arduino memerlukan instlasi driver untuk menghubungkan dengan
komputer. Pada IDE terdapat contoh program dan library untuk pengembangan program.
IDE software Arduino yang digunakan diberi nama Sketch seperti Gambar II.2 dibawah ini :
Gambar II.2 IDE Arduino Versi 1.6.4
(Sumber : Abdul Kadir ; 2013)
II.5 Mikrokontroller
II.5.1 Gambaran Mikrokontroller
Tidak seperti sistem komputer, yang mampu menangani berbagai macam program
aplikasi (misalnya pengolah kata, pengolah angka dan lain sebagainya), Mikrokontroller hanya
bisa digunakan untuk satu aplikasi tertentu saja. Perbedaan lainnya terletak pada perbandingan
RAM dan ROM-nya. Pada sistem komputer perbandingan RAM dan ROM-nya besar, artinya
program-program pengguna disimpan dalam ruang RAM yang relatif besar dan rutin-rutin
antarmuka perangkat keras disimpan dalam ruang ROM yang kecil. Sedangkan pada
mikrokontroller, perbandingan ROM dan RAM-nya yang besar artinya program kontrol
disimpan dalam ROM (bisa Masked ROM atau Flash PEROM) yang ukurannya relatif lebih
besar, sedangkan RAM digunakan sebagai tempat penyimpanan sementara, termasuk registerregister yang digunakan pada mikrokontroller yang bersangkutan ATMEGA328.
II.5.2 Mikrokontroller ATMega328
Arduino Uno adalah salah satu produk berlabel arduino yang sebenarnya adalah suatu
papan elektronik yang mengandung mikrokontroller ATMega328 (sebuah keping yang secara
fungsional bertindak seperti sebuah komputer). Peranti ini dapat dimanfaatkan untuk
mewujudkan rangkaian elektronik dari yang sederhana hingga yang kompleks.
Pengendalian LED hingga pengontrolan robot dapat diimplementasikan dengan
menggunakan papan yang berukuran relatif kecil ini. Arduino uno mengandung mikroprosesor
(berupa atmel AVR) dan dilengkapi dengan oscillator 16 MHZ (yang memungkinkan operasi
berbasis waktu dilaksanakan dengan tepat), dan regulator (pembangkit tegangan) 5 volt.
Sejumlah pin tersedia di papan. Pin 0 hingga 13 digunakan untuk isyarat digital, yang hanya
bernilai 0 atau 1. Pin A0-A5 digunakan untuk isyarat analog. Arduino Uno dilengkapi dengan
static random acces memory (SRAM) berukuran 1 KB untuk memegang data, flash memory
berukuran 32KB, dan erasable programmable read-only memory (EEPROM) untuk menyimpan
perintah.
II.5.3 Arsitektur ATMega 328
Untuk memberikan gambaran mengenai apa saja yang terdapat di dalam sebuah
mikrokontroller, diagram blok sederhana dari mikrokontroler ATmega328 (dipakai pada Arduino
Uno) seperti Gambar II.3 blok diagram sederhana dibawah ini :
UART (antar muka serial)
2KB RAM
32KB RAM
(Memory kerja)
Flash Memory
1KB RAM
CPU
EEPROM
Port input/output
Gambar II.3 Arsitektur ATMega 328
(Sumber : www.arduino.cc)
Keterangan Gambar II.3 diatas sebagai berikut :
1.
Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART) adalah antar muka yang digunakan
untuk komunikasi serial seperti pada RS-232, RS-422 dan RS-485.
2.
2KB RAM pada memory kerja bersifat volatile (hilang saat daya dimatikan), digunakan
oleh variabel-variabel di dalam program.
3.
32KB RAM flash memory bersifat non-volatile, digunakan untuk menyimpan program yang
dimuat dari komputer. Selain program, flash memory juga menyimpan bootloader.
4.
Bootloader adalah program inisiasi yang ukurannya kecil, dijalankan oleh CPU saat daya
dihidupkan. Setelah boatloader selesai dijalankan, berikutnya program ini akan dijalankan di
dalam RAM akan dieksekusi.
5.
1KB EEPROM bersifat non-volatile, digunakan untuk menyimpan data yang tidak boleh
hilang saat daya dimatikan. Tidak digunakan pada papan Arduino.
6.
Central Processing Unit (CPU), bagian dari mikrokontroler untuk menjalankan setiap
instruksi dari program.
7.
Port input/output, pin-pin untuk menerima data (input) digital atau analog, dan
mengeluarkan data (output) digital atau analog.
II.6 Bahasa C
Bahasa C adalah bahasa pemrograman yang dapat dikatakan berada antara bahasa tingkat
rendah (bahasa yang berorientasi pada mesin) dan bahasa tingkat tinggi (bahasa yang
berorientasi pada manusia). Seperti yang diketahui, bahasa tingkat tinggi mempunyai
kompatibilitas antara platform. Karena itu, amat mudah untuk membuat program pada berbagai
mesin. Berbeda halnya dengan menggunakan bahasa mesin, sebab setiap perintahnya sangat
bergantung pada jenis mesin.
Pembuat bahasa C adalah Brian W. Kernighan dan Dennis M. Ritchie pada tahun 1972. C
adalah bahasa pemrograman terstruktur, yang membagi program dalam bentuk blok. Tujuannya
untuk memudahkan dalam pembuatan dan pengembangan program. Program yang ditulis dengan
bahasa C mudah sekali dipindahkan dari satu jenis program ke bahasa program lain. Hal ini
karena adanya standarisasi bahasa C yaitu berupa standar ANSI (American National Standar
Institut) yang dijadikan acuan oleh para pembuat kompiler.
Kelebihan Bahasa C :
-
Bahasa C tersedia hampir di semua jenis komputer.
-
Kode bahasa C sifatnya adalah portable dan fleksibel untuk semua jenis komputer.
-
Bahasa C hanya menyediakan sedikit kata-kata kunci. hanya terdapat 32 kata kunci.
-
Proses executable program bahasa C lebih cepat.
-
Dukungan pustaka yang banyak.
-
C adalah bahasa yang terstruktur.
-
Bahasa C termasuk bahasa tingkat menengah.
Penempatan ini hanya menegaskan bahwa C bukan bahasa pemrograman yang
berorientasi pada mesin yang merupakan ciri bahasa tingkat rendah, melainkan berorientasi pada
obyek tetapi dapat dinterprestasikan oleh mesin dengan cepat. Inilah salah satu kelebihan C yaitu
memiliki kemudahan dalam menyusun programnya semudah bahasa tingkat tinggi namun dalam
mengeksekusi program secepat bahasa tingkat rendah.
Kekurangan Bahasa C :
-
Banyaknya operator serta fleksibilitas penulisan program kadang-kadang membingungkan
pemakai.
-
Bagi pemula pada umumnya akan kesulitan menggunakan pointer.
II.7 Software Arduino IDE
IDE (Integrated Development Environment) Arduino merupakan aplikasi yang mencakup
editor, compiler, dan uploader dapat menggunakan semua seri modul keluarga arduino, seperti
Arduino Duemilanove, Uno, Bluetooth, Mega. Kecuali beberapa tipe board produksi arduino
yang memakai mikrokontroller diluar seri AVR, seperti mikroprosesor ARM. Editor sketch pada
IDE Arduino juga mendukung fungsi penomoran baris, syntax highlighthing yaitu pengecekan
sintaksis kode sketch. Arduino yang dipakai adalah Arduino versi 1.6.4 yang terlihat pada
gambar II.4 :
Gambar II.4 Arduino IDE Versi 1.6.4
(Sumber : Heri Andrianto : 2016)
II.8 Sensor Jarak HC-SR04
Ultrasonic HC-SR04 yang merupakan sensor jarak yang digunakan pada rangkaian ini
umumnya berbentuk papan elektronik ukuran kecil dengan beberapa rangkaian elektronik. HCSR04 berfungsi sebagai sensor jarak dengan metode gelombang ultrasonic dan 2 buah
transducer. Dari 2 buah transducer ini, salah satu berfungsi sebagai transmitter dan satu lagi
sebagai receiver. Ada juga modul yang hanya mempunyai 1 buah transducer, berfungsi sebagai
transmitter dan receiver sekaligus. Ultrasonic modul ini bekerja dengan cara menghasilkan
gelombang suara pada frekuensi tinggi, yang kemudian dipancarkan oleh bagian transmitter.
Pantulan gelombang suara yang mengenai benda didepannya akan ditangkap oleh bagian
receiver. Dengan mengetahui lamanya waktu antara dipancarkannya gelombang suara sampai
ditangkap kembali, kita dapat menghitung jarak benda yang ada didepan modul tersebut. Kita
mengetahui kecepatan suara adalah 340m/detik. Lamanya waktu tempuh gelombang suara
dikalikan kecepatan suara, kemudian dibagi 2 akan menghasilkan jarak antara ultrasonic modul
dengan benda didepannya.
HC-SR04 memiliki 4 pin yaitu VCC, TRIG, ECHO dan GND. Ada juga modul yang pin
TRIG dan ECHO-nya digabung menjadi satu dan pemakaiannya berganti-ganti.
Gambar II.5 Sensor Jarak Ultrasonic HC-SR04
(Sumber : Abdul Kadir ; 2015)
II.9 LCD 16 x 2
LCD (Liquid Crystal Display) merupakan suatu jenis media tampilan yang menggunakan
crystal cair sebagai penampil utama. LCD adalah salah satu perangkat penampil yang sekarang
ini mulai banyak digunakan. LCD memanfaatkan silikon atau galium dalam bentuk kristal cair
sebagai pemendar cahaya. Pada layar LCD, setiap matrik adalah susunan dua dimensi piksel
yang dibagi dalam baris dan kolom. Dengan demikian setiap pertemuan baris dan kolom adalah
sebuah LED terdapat sebuah bidang latar (backplane), yang merupakan lempengan kaca bagian
belakang dengan sisi dalam yang ditutupi oleh lapisan elektroda transparan. Dalam keadaan
normal, cairan yang digunakan memiliki warna cerah. Daerah-daerah tertentu pada cairan akan
berubah warnanya menjadi hitam ketika tegangan diterapkan antara bidang latar dan pola
olektroda yang terdapat pada sisi dalam lempeng kaca bagian depan. Bentuk fisik LCD 16x2
dapat dilihat pada Gambar II.6 :
Gambar II.6 Bentuk Fisik LCD 16x2
(Sumber : Abdul Kadir ; 2015)
LCD yang digunakan adalah jenis LCD yang menampilkan data dengan 2 baris tampilan
pada display. Keuntungan dari LCD ini adalah :
1.
Dapat menampilkan karakter ASCII, sehingga dapat memudahkan dalam pembuatan
program tampilan.
2.
Mudah dihubungkan dangan port I/O karena hanya menggunakan 8 bit data.
3.
Ukuran modul yang proporsional.
4.
Daya yang digunakan relatif sangat kecil.
II.10 Motor DC
Motor dc banyak digunakan di berbagai bidang mulai dari peralatan industri sampai
peralatan rumah tangga. Perkembangan teknologi elektronik memungkinkan dibuat perangkat
pengendali dengan ukuran yang kecil akan tetapi memiliki kemampuan komputasi, kecepatan
dan keandala serta efesiensi daya yang tinggi.
Gambar II.7 Motor DC
(Sumber : Abdul Kadir ; 2015)
Motor DC adalah motor arus searah sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung
dan tidak langsung, motor dc digunkan pada pengunaan khusus dimana diperlukan penyalaan
torque yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatan yang luas. Motor dc
mimiliki 3 komponen utama yaitu:
1.
Kutub Medan Magnet
Secara sederhana digambarkan bahwa intraksi 2 kutub magnet akan menyebabkan
perputran motor D C. Motor DC memiliki kutub medan yang stasioner dan kumpaaran Motor
DC yang menggerakan bearing pada ruang diantra kutub medan. Motor DC sederhana miliki
dua kutub medan : kutun utar a dan kutub selatan. Garis magentik membesar melintasi bukaan di
antara kutub –kutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebiih besar atau lebih komplek
terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya dari
luar sebagai penyedia struktur medan.
2.
Kumparan motor DC
Bila arus masuk menuju kumparan motor DC, maka arus ini akan menjadi elektromagnet,
kumparan moto DC yang
berbentuk silender, dihubungkan ke as penggerak untuk
menggerakkan beban. Untuk kasus motor DC yang kecil, kumparan motor DC berputar dalam
medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan magnet berganti
lokasi. Jika hal ini terjadi, arusnya berbalik untuk mengubah kutub-kutub utara dan dan selatan
kumparan motor DC.
3.
Commutator motor DC
Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah untuk
membalikkan arah arus listrik dalam kumparan motor DC commutator juga membantu dalam
membantu transmisi arus antara motor DC dan sumber daya.
Kelebihan motor DC :
Keuntungan utama motor DC adalah dalam hal kecepatan pengendalian kecepatan
motor DC tersebut , yang tidak mempengaruhi pasokan daya. Motor ini dapat dikendalikan
dengan mengatur.
a.
Tegangan kumparan motor DC – meningkatkan tegangan kumparan motor DC akan
meningkaatkan kecepatan .
b.
Arus medan menurunkan arus medan dan menigkatkan kecepatan.
Motor DC tersedia dalam banyak ukuran, namun penggunaannya pada umum di batasi
untuk beberapa penggunaan berkecepatan rendah, penggunaan daya rendah hingga sedang
seperti peralatan mesin dan rolling mills, sebab sering terjadi masalah dengan perubahan arah
arus listrik mekanis pada ukuran yang lebih besar. Juga , motor tesebut dibatasi hanya untuk
penggunaan di area yang bersih dan tidak berbahaya sebab resiko percikan api pada sikatnya.
4. Prinsip Dasar Cara Kerja
Jika arus lewat pada suatu konduktor, timbul medan magnet di sekitar konduktor. Arah
medan magnet ditentukan oleh arah aliran arus pada konduktor.
Gambar II.7 Konfigurasi Motor DC
(Sumber : Jurnal Brilliant Adhi Prabowo : 2013)
Aturan Genggaman Tangan Kanan bisa dipakai untuk menentukan arah garis fluks
disekitar konduktor. Genggam konduktor dengan tangan kanan dengan jempol mengarahpada
arah aliran arus, maka jari-jari anda akan menunjukkan arah garis fluks.
Medan magnet hanya terjadi di sekitar sebuah konduktor jika ada arus mengalir pada
konduktor tersebut. Pada motor listrik konduktor berbentuk U disebut angker dinamo.
Jika konduktor berbentuk U (angker dinamo) diletakkan di antara kutub uatara dan
selatan yang kuat medan magnet konduktor akan berinteraksi dengan medan magnet kutub.
Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum :
1.
Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya.
2.
Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran / loop, makakedua
sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya padaarah yang
berlawanan.
3.
Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar / torque untuk memutar kumparan.
4.
Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenagaputaran
yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang
disebut kumparan medan.
Pada motor DC, daerah kumparan medan yang dialiri arus listrik akan menghasilkan
medan magnet yang melingkupi kumparan jangkar dengan arah tertentu. Konversi dari energi
listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun sebaliknya berlangsung melalui medan magnet,
dengan demikian medan magnet disini selain berfungsi sebagai tempat untuk menyimpan energi,
sekaligus sebagai tempat berlangsungnya proses perubahan energi
Agar proses perubahan energi mekanik dapat berlangsung secara sempurna, maka
tegangan sumber harus lebih besar daripada tegangan gerak yang disebabkan reaksi lawan.
Dengan memberi arus pada kumparan jangkar yang dilindungi oleh medan maka menimbulkan
perputaran pada motor.
Dalam memahami sebuah motor, penting untuk mengerti apa yang dimaksud dengan
beban motor. Beban dalam hal ini mengacu kepada keluaran tenaga putar / torque sesuai dengan
kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan ke dalam tiga kelompok :
1.
Beban torque konstan
Adalah beban dimana permintaan keluaran energinya bervariasi dengan kecepatan
operasinya namun torquenya tidak bervariasi. Contoh beban dengan torque konstan adalah
corveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan.
2.
Beban dengan variabel torque
Adalah beban dengan torque yang bervariasi dengan kecepatn operasi. Contoh beban
dengan variabel torque adalah pompa sentrifugal dan fan (torque bervariasi sebagai kuadrat
kecepatan). Peralatan Energi Listrik : Motor Listrik.
3.
Beban dengan energi konstan
Adalah beban dengan permintaan torque yang berubah dan berbanding terbalik dengan
kecepatan. Contoh untuk beban dengan daya konstan adalah peralatan-peralatan mesin.
II.11 Buzzer
Buzzer berfungsi sebagai indikator suara. Dalam pembuatan alat ini, buzzer dimanfaatkan
sebagai tanda bahwa ketika tombol start ditekan, maka buzzer berbunyi sebagai tanda bahwa alat
mulai menghitung jarak. Dan ketika tombol stop ditekan, maka buzzer juga akan berbunyi
beberapa kali sebagai tanda bahwa proses penghitungan jarak telah selesai.
Gambar II.8 Bentuk Fisik Buzzer
(Sumber : Abdul Kadir ; 2015)
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 biasa digunakan sebagai
indikator bahwa proses telah selesai atau terjadi suatu kesalahan pada sebuah alat (alarm).
II.12 Flowchart
Flowchart adalah suatu teknik untuk menyusun rencana program yang telah
diperkenalkan dan telah dipergunakan oleh kalangan pemrogram komputer sebelum algoritma
menjadi populer. Flowchart adalah untaian simbol gambar (chart) yang menunjukkan aliran
(flow) dari proses terhadap data. Seorang pemrogram harus mampu membuat flowchart, harus
mampu membaca dan mengerti flowchart, dan sanggup menerjemahkan flowchart ke algoritma
dan sebaliknya.
Adapun simbol-simbol yang sering digunakan pada diagram alir (flowchart) ditunjukkan
pada tabel II.1 berikut :
Tabel II.1. Simbol-Simbol Flowchart
No
Simbol
Arti
1
Process
2
Data
3
Decision
4
Garis alir
5
Terminal
Keterangan
Menyatakan kegiatan yang akan
ditampilkan dalam diagran alir.
Digunakan untuk mewakili data
masuk, atau data keluar.
Berupa pertanyaan atau penentuan
suatu keputusan.
Menunjukkan arah aliran proses.
Untuk menandai awal atau akhir
program.
6
Preparation
7
Connector
8
Off Page
Connector
Untuk inisialisasi suatu nilai.
Sebagai penghubung dalam satu
halaman.
Sebagai penghubung antar
halaman.
(Sumber : Dr.Suarga,M.Sc.,M.Math.,Ph D., ; 2012)