3. BAHAN DAN METODE
3.4. Rancang bangun perangkat keras
Dalam sistem perancangan perangkat keras dan lunak diharapkan dari hasil keluaran (output) untuk semua komponen bekerja sesuai dengan kinerjanya, serta penekanan biaya seminimum mungkin dalam pembuatannya.
Pada perancangan instrumen secara fungsional untuk penelitian ini, secara umum dibagi menjadi 5 bagian adalah sebagai berikut :
(1) Sirkut dasar mikrokontroler ATmega32,
(2) Rangkaian dasar Sensirion SHT11 dan ATmega32,
(3) Rangkaian dasar Liquid CrystalDisplay (LCD) dan Atmega 32, (4) Rangkaian dasar DS1307 dan ATmega32, serta
(5) Catu daya.
Pada Gambar 12, merupakan blok diagram hubungan antara komponen-komponen perangkat keras pada instrumen adalah sebagai berikut :
Gambar 12. Blok diagram hubungan antara komponen-komponen perancangan fungsional. Komponen sensor (SHT11) C A T U D A Y A K O M P L E K
Komponen pemroses sinyal (Mikrokontroler ATmega32) Komponen peraga digital (Display) Komponen pengkonversi analog to digital
3.4.1. Sirkuit dasar mikrokontroler ATmega32
Mikrokontroler memiliki sirkuit dasar yang telah ditetapkan oleh lembar data produsen. Sirkuit dasar yang dibutuhkan adalah sumber clock eksternal dan In-System Programming (ISP), ISP yang digunakan mengacu pada konektor STK 200 Atmel Starter Kit. ATmega32 yang digunakan penelitian ini sudah berupa modul Gambar 13, modul yang digunakan buatan Innovative Electronics DT-AVR Low Cost Micro System. Modul ini sudah memiliki ADC hingga 8 channel single-ended A/D converter dengan resolusi 10 bit.
(Sumber : Innovative Electronic, 2010)
Gambar 13. Modul mikrokontroler DT-AVR LowCost Micro System.
Mikrokontroler ATmega32 memiliki SPI konektor antarmuka berjumlah 5 pin dengan 2 baris (2x5) jarak antara pin sejauh 2,54mm. Pada ATmega32 juga sudah terdapat 35 pin jalur input/output, tegangan operasi 2.7V - 5.5V, sedangkan untuk komunikasi serial standar USART dengan kecepatan maksimal 2.5Mbps. Modulasi ATmega32 tersebut sudah dapat dikatakan memiliki spesifikasi yang dibutuhkan instrumen ini.
3.4.2. Rangkaian dasar Sensorion SHT11 dan ATmega32
Dalam menghubungkan unit sensor Sensirion SHT11 dan mikrokontroler ATmega32, digunakan jenis komunikasi Two-wire Serial Interface. Komunikasi ini membutuhkan 2 (dua) pin dari salah satu port mikrokontroler ATmega32. Port yang akan digunakan kali ini adalah PortB pin 0 untuk jalur SCK dari pin SHT11, dan PortB pin 1 dan PortB pin 3 untuk jalur DATA dari SHT11. Terlihat pada Gambar 14, di bawah ini merupakan rangkaian dasar unit sensor SHT11 yang menghubungkan dengan mikrokontroler ATmega32.
Gambar 14. Skematik rangkaian dasar SHT11 dan ATmega32.
Fitur yang ada pada unit sensor SHT11 diantaranya akurasi absolut untuk nilai RH dan suhu, yaitu ± 3,5%RH dan ± 0,5˚C pada suhu 25˚C, catudaya 5VDC, dan nilai konsumsi daya 30µW. Komunikasi antara unit sensor SHT11 dan unit mikrokontroler ATmega32 diperlukan juga Pull-up resistor pada R1 dan Pull-down resistor pada R3. Fungsi untuk Pull-up resistor adalah membuat keadaan logika pada jalur DATA, dan sebalikannya Pull-down resistor untuk membuat keadaan logika pada jalur CLK. Sedangkan R2 berfungsi sebagai pengamanan apabila terjadi pengiriman sinyal dari ATmega32 dan SHT11 secara bersamaan.
Unit sensor SHT11 yang digunakan penelitian ini sudah berupa modulasi yang terlihat pada Gambar 15. Modul DT-Sense SHT11 adalah sebuah modul sensor yang dirancang untuk dapat mengukur kelembaban udara dan suhu udara. Dalam sensor ini sudah memiliki keluaran digital dan sudah terkalibrasi, jadi tidak perlu lagi untuk melakukan konversi A/D atau pun kalibrasi data sensor. Modul yang akan digunakan buatan pabrik Innovative Electronics DT-Sense. Modul ini sudah memiliki spesifikasi pull-upresistor dan pull-down resistor.
(Sumber : Innovative Electronic, 2010)
Gambar 15. Modul Sensorion DT-Sense SHT11.
3.4.3. Rangkaian dasar LCD dan ATmega32
Modulasi Liquid CrystalDisplay (LCD) yang terdapat pada Gambar 17, sudah dilengkapi dengan sebuah konektor yang memiliki dua register 8 bit yaitu instruksi register (IR) dan data register (DR). Dalam IR dapat menyimpan kode instruksi seperti display clear, cursor shift dan informasi address untuk display data RAM (DDRAM), serta character generator (CGRAM).
Ada beberapa pin yang digunakan dalam perancangan pada LCD, yaitu pin 1 (Vss), pin 5 (RW), dan pin 16 (K) sebagai ground , pin 2 (Vcc) dan pin 15 (A) sebagai Input, sedangkan untuk jalur data terletak pada pin 11 (DB4), pin 12 (DB5), pin 13 (DB6), dan pin 14 (DB7). Busy flag (BF) merupakan salah satu pembaca instuksi dari mikrokontroler, apabila busy flag bernilai 1 maka instuksi
sedang dikerjakan. Selama instruksi tersebut belum selesai dikerjakan, kontroler belum bisa menerima instruksi apapun. Kertika RS=0 dan R/W=1, busy flag mengeluarkan logika 1 pada DB7. Instruksi berikutnya akan siap diterima ketika busy flag bernilai 0. Terlihat pada Gambar 16, yang merupakan rangkaian dasar LCD dengan 2x16 karakter.
Gambar 16. Skematik rangkaian LCD 2x16 karakter.
Pada Gambar 17 di bawah ini, merupakan modul display LCD yang akan digunakan dalam penelitian ini. Modulsi LCD yang dipergunakan penelitian ini buatan Xiamen Elane Electronics Company Ltd. Modul ini sudah ada spesifikasi yang dibutuhkan, dan hubungan antar komponen instrumen saling mendukung.
(Sumber : Xiamen Elane Electronics Grup, 2010) Gambar 17. Modul LCD dengan 2x16 karakter.
3.4.4. Rancangan dasar DS1307 dan ATmega32
Jenis komunikasi DALLAS-MAXIM DS1307 Real-Time Clock (RTC) adalah I2C. Dimana ATmega32 memiliki hardware I2C pada PortC pin 1 sebagai SDA dan Port C pin 0 sebagai SCL terlihat pada Gambar 18.
Gambar 18. Skematik rangkaian dasar DS1307 dengan ATmega32.
DS1307 pada Gambar 19, yang dipergunakan dalam penelitian ini sudah berupa modul konsumen, dimana saat perakitan tidak mengalami kesulitan. RTC membutuhkan 2 (dua) buah pull-upresistor pada kaki SDA dan SCL. Resistor ini digunakan saat membuat kondisi logika pada jalur SDA dan SCL menjadi HIGH ketika tidak ada sinyal dari mikrokontroler. XTAL yang digunakan memiliki nilai 32,768KHz, sesuai dengan lembar data DS1307.
(Sumber : Innovative Electronic, 2010) Gambar 19. Modul DS1307 Real Time Clock.
Spesifikasi modul ini sudah dikatakan lengkap dan mendukung komponen lain, dalam pengoprasian perangkat keras maupun lunak. Fitur DS1307 memiliki jenis komunikasi I2C, SDA (DataSerial), SCL (SerialClock), VCC (Power Suplay Primer), Ground, X1 dan X2 (Crystal koneksi 32,768 kHz), dan V bat (batrai input 3 volt). Ada beberapa fungsi yang perlu diperhatikan dalam pengkomunikasian, bila salah satunya SCL dan SDA yang terhubung dengan mikrokontroler.
3.4.5. Catu daya
Catu daya merupakan perangkat sederhana yang berfungsi sebagai sumber tenaga komponen lain. Bilamana adanya tegangan dari perangkat ini maka alat ukur memiliki dimensi kompak dan hemat daya. Sumber catu daya yang akan digunakan adalah adaptor jenis KENWOOD DCJ-1000P. Adaptor ini memiliki kestabilan daya dengan voltase sebesar 12 Volt. Mikrokontroler ATmega32, DS1307, dan sensor RH membutuhkan catu daya sebesar 5 Volt. Sehingga untuk keseluruhan komponen instrumen dapat stabil pada kisaran voltase 9 volt. Pada Gambar 20, salah satu jenis catu daya komplek. Adaptor termasuk pilihan yang tepat sebagai penggerak instrumen ini, karena nilai input adaptor telah mendukung terhadap keseluruhan unit komponen instrumen yang lebih efisien dan efektif serta kinerja perangkat catu daya berfungsi dengan baik.
(Sumber :Wikipedia, 2010)