DASAR TEORI
2.1. Konsep Dasar Perangkat Keras 2.1.1 Motor DC
Motor DC merupakan perangkat yang berfungsi merubah besaran listrik menjadi besaran mekanik. Prinsip kerja motor didasarkan pada gaya elektromagnetik. Motor DC bekerja bila mendapatkan tegangan searah yang cukup pada kedua kutupnya. Tegangan ini akan menimbulkan induksi elektromagnetik yang menyebabkan motor berputar.
Pada umumnya motor diklasifikasikan menurut jenis power yang digunakan dan prinsip kerja motor. Ada tiga jenis motor DC (yang pokok) diklasifikasikan menurut metode penguatan medan, yaitu :
• Motor shunt, menggunakan kumparan medan magnet dengan tahanan relatif tinggi dengan banyak lilitan kawat kecil, biasanya dihubungkan paralel (paralel dengan jangkar) sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 2.1
• Motor seri, menggunakan kumparan medan tahanan sangat rendah dengan lilitan sangat sedikit, kawat besar dihubungkan seri dengan jangkar sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 2.2
Gambar 2.2 Rangkaian motor seri
• Motor kompon, menggunakan kombinasi medan shunt (lilitan banyak dari kawat kecil) paralel dengan jangkar dan medan seri (lilitan sedikit dari kawat besar) dihubungkan seri dengan jangkar sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 2.3
2.1.2 Antarmuka Menggunakan Port Paralel
Port paralel banyak digunakan dalam berbagai macam aplikasi antarmuka. Port ini membolehkan kita memiliki masukan hingga 8 bit atau keluaran hingga 12 bit pada saat yang bersamaan, dengan hanya membutuhkan rangkaian eksternal sederhana untuk melakukan suatu tugas tertentu.
Port parallel atau port printer, dipastikan selalu ada pada setiap komputer. Sesuai dengan namanya, port paralel banyak dimanfaatkan untuk urusan pencetakan data. Sebenarnya, port inipun bisa dimanfaatkan untuk hal lain, karena memiliki input/output (I/O) data. Tata letak 25 pin port paralel (printer) ditunjukkan pada Gambar 2. 4.
Gambar 2. 4. Tata-letak pin port paralel (printer)
Adapun tabel sinyal dan fungsi dari setiap pin pada port paralel (printer), ditunjukkan pada Tabel 2.1. Pin 2 sampaidengan pin 9 (D0-D7) berfungsi sebagai keluaran, yang selanjutnya dapat kita manfaatkan untuk mengontrol peralatan luar.
Pin 10 sampaidengan pin 13 dan pin 15 (PS3-PS7) berfungsi sebagai masukan yang dapat dijadikan untuk mendeteksi status peralatan luar.
Tabel 2.1 Tabel signal dan fungsi pin port paralel
Port paralel memiliki tiga alamat dasar yang bisa digunakan. Alamat dasar 3BCh pertama kali diperkenalkan sebagai alamat port paralel pada kartu-kartu video lama. Alamat ini kemudian sempat menghilang saat port paralel dicabut dari kartu-kartu video. Sekarang muncul kembali sebagai pilihan untuk port paralel yang terpadu dengan motherboard, yang konfigurasinya dapat diubah melalui BIOS.
Port paralel pertama atau LPT1 biasanya memiliki alamat dasar 378h, sedangkan port paralel kedua LPT2 adalah 278h. Ini adalah alamat yang biasa dijumpai. Pada Tabel 2.2 ditunjukkan keterangan mengenai alamat-alamat dasar port paralel.(Putra, 2002)
Tabel 2.2 Alamat-alamat dasar kanal paralel
Alamat Keterangan
3BCh – 3BFh Digunakan untuk Kanal Paralel yang terpadu dengan kartu-kartu video, tidak mendukung alamat-alamat ECP.
378h – 37Fh Biasa digunakan untuk LPT1 278h – 27Fh Biasa digunakan untuk LPT2
Port paralel memiliki tiga register perangkat lunak yang digunakan yaitu register data, status, dan kontrol. Alamat dasar, biasa dinamakan port data atau register data digunakan untuk mengeluarkan data pada jalur data port paralel (pin 2 sampaidengan. 9). Register ini normalnya sebagai port hanya tulis. Pada Tabel 2.3 ditunjukkan keterangan mengenai fungsi tiap-tiap bit pada port data.
Tabel 2.3. Register Data port paralel
Offset Nama Baca/Tulis Bit? Keterangan
Base + 0 Data Port Baca dan/atau
Tulis Bit 7 Data 7 Bit 6 Data 6 Bit 5 Data 5 Bit 4 Data 4 Bit 3 Data 3 Bit 2 Data 2 Bit 1 Data 1 Bit 0 Data 0
Port status (alamat dasar + 1) sebagai port hanya baca saja. Pada Tabel 2.4. ditunjukkan fungsi dari tiap-tiap bit register status. Data apa saja yang dituliskan ke port ini akan diabaikan. Port status berasal dari lima masukan port paralel (pin 10,
11, 12, 13 dan 15), sebuah register status IRQ dan dua bit tercadang. Bit-7 (Busy) sebagai masukan inversi, jika bit-7 terbaca sebagi logika 0 artinya pada pin tersebut terpasang tegangan +5V. Juga pada bit-2 (IRQ),jika bit ini terbaca ‘1’, artinya interupsi (sela) tidak muncul.
Tabel 2.4. Register status port paralel
Offset Nama Baca/Tulis Bit? Keterangan
Base + 1 Status
Port Hanya Baca
Bit 7 Busy Bit 6 Ack Bit 5 Paper Out/End Bit 4 Select Bit 3 Error Bit 2 IRQ Bit 1 Tercadang Bit 0 Tercadang
Register kontrol (alamat dasar+2) sebagi register tulis saja. Pada Tabel 2.5 ditunjukkan fungsi tiap-tiap bit dari register kontrol. Saat sebuah pencetak disambungkan pada port paralel, maka ia membutuhkan 4 kontrol, yaitu Strobe, Auto Linefeed, Initialize dan Select Printer, yang semua sifatnya inversi kecuali Initialize.
Tabel 2.5. Register kontrol port paralel
Offset Nama Baca/Tulis Bit? Keterangan
Base + 2 Kontrol Port Tulis Bit 7 Tidak digunakan Bit 6 Tidak digunakan
Bit 5 Aktivasi Port
Dwi-Arah
Bit 4 Aktivasi IRQ
melalui jalur Ack Bit 3 Select In Bit 2 Inisialisasi (Reset) Bit 1 Autofeed Bit 0 STROBE
2.1.3 H-Bridge (Rangkaian Jembatan H)
Bridge berfungsi untuk mengatur arah putaran motor DC. Jembatan H-Bridge terdiri dari terdiri dari empat saklar yang terhubung secara topologi membentuk huruf H dan terminal motor terletak pada garis horizontal huruf H, sebagaimana yang ditunjukkan pada Gambar 2.2.
Didalam sebuah rangkaian jembatan H, saklar menutup dan membuka dengan teratur sehingga ketika diberikan tegangan pada kutub yang sama diseberang motor arus dapat melewatinya dengan putaran motor maju atau tegangan pada kutub yang berlawanan, menimbulkan arus mengalir menggerakkan motor dengan arah putaran terbalik. Jika pada saklar S1 dan S4 ditutup sedangkan saklar S2 dan S3 dibuka, arus akan mengalir dari kiri ke kanan didalam motor, atau dengan kata lain tegangan positif melewati terminal. Ketika saklar S2 dan S3 ditutup dan saklar S1 dan S4 dibuka maka arus akan mengalir dari kanan ke kiri, membalikkan kutub tegangan. Jika terminal di hubung buka maka motor akan terjadi freewheel dan jika terminal dihubung singkat maka motor akan mengerem.
Saklar-saklar pada jembatan H digantikan oleh transistor, yang competeble dengan TTL. Rangkaian jembatan H ini terdapat pada IC L293D.
2.1.4. Pulse Width Modulation (PWM)
Untuk mengendalikan kecepatan motor, saklar dari jembatan H pada IC L293D terbuka dan tertutup dengan kecepatan yang berbeda yang bertujuan untuk menghasilkan rata-rata tegangan yang berbeda pada motor. Rangkaian jembatan H yang dimaksud ditunjukkan pada Gambar 2.8. Cara ini dinamakan pulse width modulation atau modulasi lebar pulsa sebagaimana yang ditunjukkan pada Gambar 2.6.
Gambar 2.6. Modulasi lebar pulsa
V adalah tegangan pada motor dan t adalah waktu, dengan menekan saklar dengan cepat maka dapat menimbulkan tegangan rata-rata yang melewati motor. Kecepatan motor dapat ditingkat dengan mengubah rasio lebar pulsa dari tegangan yang melewati terminal.
Untuk mengatur kecepatan motor tersebut digunakan sinyal PWM yang diumpankan pada IC L293D sebagaimana yang ditunjukkan pada Gambar 2.7.
Pada Gambar 2.8 ditunjukkan arsitektur rangkaian dalam IC L293D. Sinyal PWM diumpankan pada pin 1 (enable1) IC L293D, sehingga pin enable akan selalu berubah menjadi kondisi HIGH atau LOW sebagaimana pulsa PWM yang di unpankan. Pin 2 (IN1) dan pin 7 (IN2) dihubungkan dengan pengatur arah putaran. Misalnya pada pin enable1 diumpankan sinyal HIGH, pada pin2 (IN1) di umpankan sinyal HIGH dan pada pin 7(IN2) diumpankan sinyal LOW maka pada pin OUT1 juga akan berlogika HIGH dan pin OUT2 akan berlogika LOW dan ketika pada pin enable1 diumpankan sinyal Low maka kedua keluaran pin OUT1 dan OUT2 akan menjadi LOW, begitu seterusnya seiring dengan perubahan pin enable1 yang merupakan perubahan PWM.
2.1.5 Sensor Kecepatan (Optokopler)
Masalah utama dalam teknik pengukuran ialah mengubah besaran fisik (dalam hal ini optik) menjadi besaran listrik yang proporsional. Dalam pembuatan alat ini, sensor yang digunakan adalah optokopler. Didalam optokopler, terdapat dioda penghasil cahaya, LED (Light Emitting Diode), dan sebuah transistor yang peka terhadap perubahan intensitas cahaya (photo-transistor). Ini tersedia dalam satu kesatuan atau terpisah dalam masing-masing kotak dan kadang-kadang juga dilengkapi dengan lensa agar dapat mengenali sinyal kecil dengan lebih baik, atau untuk memperoleh jarak pengamatan yang lebih jauh.
Sebagaimana yang ditunjukkan pada Gambar 2.9. yaitu untuk setiap perubahan tegangan Vf, akan menghasilkan perubahan pada LED dan arus yang ditarik oleh photo-transistor akan mengalami perubahan pula, sehingga menyebabkan perubahan tegangan pada terminal kolektor-emitornya (Vce).
Beberapa keuntungan pemakaian dari optokopler ini adalah :
• Kecepatan operasi lebih baik
• Ukurannya kecil
• Tidak mudah terpengaruh oleh goncangan dan getaran
2.1.6 Pemicu Schmitt (IC 7414)
IC 7414 merupakan IC TTL yang berfungsi sebagai penguat tegangan dan menegaskan masukan sinyal yang berupa sinyal bergerigi atau sinus menjadi sinyal kotak yang tegas. IC ini mempunyai 6 gerbang inverteryang masing-masing dengan input Schmitt trigger. Gambar konfigurasi pin-pinnya ditunjukkan pada Gambar 2.10.
2.2 Konsep Dasar Perangkat Lunak
2.2.1 LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)
LabVIEW merupakan salah satu dari sekian banyak sarana pemrograman komputer. Seperti halnya sarana pemrograman lainnya LabVIEW dikembangkan untuk perancangan dan rekayasa data sehingga dapat menampilkan dan memproses segala macam fungsi untuk melakukan pemanipulasian terhadap fungsi yang diinginkan. LabVIEW memiliki 2 ruang kerja, pada masing-masing ruang kerja memiliki antarmuka grafik tersendiri. Setiap simbol grafik ini mewakili banyak kata/perintah yang digunakan dalam bahasa teks. Dengan demikian waktu yang diperlukan dalam perancangan program yang dilakukan oleh seorang pemrogram akan menjadi lebih efisien. Salah satu keunggulan dari LabVIEW adalah aliran pemrograman yang dapat diamati proses kerjanya, sehingga jika terjadi kesalahan dalam penggolahan data dapat diketahuui dengan mengamati proses tersebut.
Secara umum program ini dirancang khusus untuk membuat gambaran/simulasi kerja suatu instrumen industri, komunikasi data, akuisisi data, system kendali, perancangan dan perhitungan matematika.
Dalam proses penggarapannya, LabVIEW menyediakan tool untuk mengolah objek dan melakukan konfigurasi terhadap nilai dan konstanta suatu objek serta digunakan untuk menghungkan atau menyusun bahasa grafik yang digunakan. Pemrograman LabVIEW telah dikelompokkan dalam masing-masing ruang kerja. Pada front panel disediakan Control Pallete yang digunakan sebagai penampil data I/O. Pada bagian Block diagram disediakan Function Pallete yang digunakan sebagai
pengolah I/O data. Icon dan connector panel digunakan untuk mengidentifikasikan VI sehingga bisa digunakan untuk VI yang lain.
Beberapa fungsi yang digunakan dalam perancangan program pengendali antara lain ditunjukkan pada Tabel 2.6 hingga Tabel 2.15.
Tabel 2.6. Fungsi Struktur
Gambar fungsi Keterangan
While Loop, akan mengulangi semua objek didalamnya Sampai suatu kondisi logika tertentu. Nilai logika tergantung pada perilaku selanjutnya. Pengulangan dapat dilakukan dengan click terminal yang bersyarat dan memilih berhenti jika benar atau lanjut jika benar dari shortcut menu.
Case Structur memiliki satu atau lebih subdiagram atau kasus, hanya satu kasus saja yang dikerjakan saat struktur ini dieksekusi. Nilai yang terhubungkan dengan terminal pemilih akan menentukan kasus mana yang akan dikerjakan, nilai tersebut dapat bertipe Boolean, string, integer atau enumerate.
Sequence melakukan proses aplikasi secara berurutan. Subdiagram yang dimasukkan dalam sequence dikerjakan secara berurutan sesuai dengan penggunaan nomer urutan.
Tabel 2.6. (Lanjutan) Fungsi Struktur
Gambar fungsi Keterangan
Foor Loop secara otomatis akan menyimpan beberapa keluaran kedalam suatu larik.For loop memiliki dua parameter yaitu termination count (cacah perhentian-N, berada di sudut kiri atas) yang merupakan cacah total berapa kali kalang “For” dikerjakan sebelum berhenti dan cacah iterasi (i di sudut kiri bawah).
Tabel 2.7. Fungsi Numerik
Gambar Fungsi Keterangan
Add untuk menjumlah masukan x dan y.
Subtract untuk menghitung x-y.
Multiply digunakan untuk mengalikan masukan x dan y.
Increment digunakan untuk menambah nilai 1 untuk masukan.
Quotient & Remainder untuk menghitung hasil pembagian dan sisanya antara x dan y.
Divide untuk membagi masukan x dan y.
Tabel 2.7. (Lanjutan) Fungsi Numerik
Gambar Fungsi Keterangan
Decrement digunakan untuk mengurangi 1 dari nilai masukan
Absolute Value untuk mengembalikan harga mutlak dari masukan.
Tabel 2.8. Fungsi Boolean
Gambar Fungsi Keterangan
Number To Boolean Array digunakan untuk mengkonversi suatu bilangan menjadi larik Boolean. Boolean To (0,1) digunakan untuk mengkonversi nilai boolean True atau False menjadi 1 atau 0.
And digunakan untuk melakukan operasi AND pada masukan x dan y.
Not untuk menghitung logika masukan, jika x FALSE maka fungsi dikembalikan TRUE, begitu juga sebaliknya.
Or untuk menghitung logika OR dari masukan. Keduanya harus Boolean atau nilai numerik. Jika keduanya FALSE maka hasilnya FALSE
Tabel 2.9. Fungsi String
Gambar Fungsi Keterangan
Array To Spreadsheet String digunakan untuk mengkonversi suatu larik dimensi pada string. Spreadsheet String To Array digunakan untuk mengkonversi spreadsheet suatu larik dari dimensi dan menyajikan dalam larik.
Number Decimal To String digunakan untuk mengkonversi desimal menjadi string.
Decimal String To Number digunakan untuk mengkonversi string menjadi bilangan.
Concatenate String digunakan untuk menggabungkan masukan string dan 1D larik dari string ke dalam keluaran string tunggal.
Search/Split String digunakan untuk membagi string tunggal menjadi 2 substring.
Match Pattern digunakan mencari regular expression pada string offset pertama dan jika menemukan maka pisahkan string menjadi 3 substring.
Search and Replace Pattern fungsinya sama dengan match pattern tetapi juga menggantinya.
Tabel 2.10. Fungsi Larik
Gambar Fungsi Keterangan
Index Array untuk mengembalikan unsur atau sub-larik pada index tertentu.
Delete From Array untuk menghapus suatu unsur atau sub-larik dari n-dim array dan hasil larik yang munculkan di array w/ subset dihapus.
Search 1D Array untuk mencari suatu unsur elemen larik 1D yang dimulai dari indeks start. Transpose 2D Array untuk menyusun kembali elemen larik 2D, misalnya larik 2D [i,j] menjadi larik[j,i].
Array Size untuk menghitung banyaknya unsur-unsur pada setiap dimensi dari larik.
Insert Into Array digunakan untuk memasukkan/menyisipkan suatu unsur atau subarray ke dalam n-dim array.
Tabel 2.11. Fungsi Perbandingan
Gambar Fungsi Keterangan
Scala By Power Of 2 digunakan untuk membentuk perkalian x dengan 2 n.
Less? digunakan untuk memeriksa apakah x kurang dari y, jika benar maka akan memberikan nilai TRUE dan sebaliknya FALSE.
Select digunakan untuk memilih masukan t jika s bernilai benar dan memilih masukan f jika s bernilai salah .
Equal digunakan untuk memeriksa apakah nilai x sama dengan y .
Greater? Mengembalikan TRUE jika x lebih besar dari y.
Less Or Equal? digunakan untuk mengembalikan TRUE jika x adalah kurang dari atau sama dengan y.
Greater Or Equal digunakan mengembalikan TRUE jika x lebih besar atau sama dengan y.
Not Equal? digunakan untuk mengembalikan nilai TRUE jika x tidak sama dengan y.
Tabel 2.12. Fungsi waktu dan dialog
Gambar Fungsi Keterangan
Wait digunakan untuk menunggu yang ditetapkan dalam satuan milidetik dan mengembalikan nilai dari milidetik pengatur waktu itu.
Display Message to User untuk menampilkan dialog pesan untuk pengguna.
Simple Error Handler digunakan untuk menandai apakah ada suatu kesalahan yang terjadi. Jika suatu kesalahan terjadi, VI ini akan menunjukkan uraian kesalahannya dan muncul boks dialog.
Tabel 2.13. Fungsi Penanganan Berkas
Gambar Fungsi Keterangan
Read File digunakan untuk membaca data dari berkas yang dibuka .
Close File digunakan untuk menutup suatu berkas yang sudah dibuka .
Write File digunakan untuk menulis data pada saat membuka berkas.
Tabel 2.13 ( Lanjutan) Fungsi Penanganan Berkas
Gambar Fungsi Keterangan
Open/Create/Replace File.vi digunakan untuk membuka suatu berkas yang ada, membuat berkas baru atau menggantikan suatu berkas yang ada.
Tabel 2.15. Fungsi I/O
Gambar Fungsi Keterangan
Out port digunakan untuk menulis suatu bilangan integer pada alamat yang ditetapkan.
In port digunakan untuk membaca suatu bilangan integer dari suatu alamat yang spesifik.