SISTEM PENGENDALI PINTU DAN LAMPU MENGGUNAKAN
REMOTE CONTROL BERBASIS AT89C51
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat memperoleh gelar
Ahli Madya
SULVINA MAULIN
052408086
PROGRAM STUDI DIII FISIKA INSTRUMENTASI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
ii
PERSETUJUAN
Judul : SISTEM PENGENDALI PINTU DAN LAMPU
MENGGUNAKAN REMOTE CONTROL BERBASIS AT89C51
Kategori : TUGAS AKHIR
Nama : SULVINA MAULIN
Nomor Induk Mahasiswa : 052408086
Program Studi : DIPLOMA TIGA (D3) FISIKA INSTRUMENTASI
Departemen : FISIKA
Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
(FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Diluluskan di
Medan,10 Juli 2008
Diketahui
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua, Program D3 FIN Pembimbing,
Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc. Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc.
iii
PERNYATAAN
SISTEM PENGENDALI PINTU DAN LAMPU MENGGUNAKAN REMOTE CONTROL BERBASIS AT89C51
TUGAS AKHIR
Saya mengakui bahwa Tugas Akhir ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya
Medan , Juli 2008
iv
PENGHARGAAN
Puji dan Syukur penulis panjatkan kepada ALLAH SWT dengan limpahan rahmat dan karunia-Nya kertas kajian ini berhasil diselesaikan dalam waktu yang telah
ditetapkan.
Ucapan terima kasih saya sampaikan kepada Drs Syahrul Humaidi, M.Sc. selaku dosen pembimbing pada Tugas Akhir ini yang telah memberikan panduan dan penuh kepercayaan kepada saya untuk menyempurnakan kajian ini. Dan tidak lupa pula terima kasih kepada paman saya Rahmat Fauzi ST, MT dan keluarga yang selamja ini
membantu saya dari awal proyek hingga Tugas Akhir ini ,
tidak lupa pula kepada teman teman seperjuangan buat dewan terima kasih atas bantuannya selama ini buat elis , tuti, sukri, aisyah ,demi, bayu, abduh, puja , deny, dewi,yuni,rahmi, yani , neri yang selama ini banyak memberikan keceriaan dan kebahagian sebagai seorang sahabat dan khususnya buat yanti dan laidi yang telah memberikan tumpangan gratis selama ini terima kasih juga buat Dekan dan Pembantu Dekan dan para staf pengajar dan pegawai FMIPA USU . Akhirnya, terima kasih yang sebesar-besarnya yang paling saya cintai didunia ini Kedua Orangtua saya yang
v
ABSTRAK
vi
2.1.5 Instruksi Aritmatika ( Instruksi Perhitungan ) 14
2.1.6 Instruksi Logika 15
BAB 3 : PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM 32
3.1. Perancangan Hardware 32
vii
3.1.2 Rangkaian penerima Remote 37
3.1.3 Rangkaian Mikrokontroller AT89C51 38
3.1.4 Rangkaian Driver Beban Lampu 39
3.1.5 Rangkaian Driver beban Motor DC 42
3.2. Perancangan Software 44
BAB 4 : PENGUKURAN DAN ANALISA 46
4.1. Pengujian unit Penerima Infra Merah 46
4.2. Pengujian Sistem Mikrokontroller AT89C51 49
4.3. Pengujian rangkaian Driver Lampu 51
4.4. Pengujian Rangkaian Driver Motor DC 53
4.5. Analisa Program 56
BAB 5 : PENUTUP 60
5.1. Kesimpulan 60
5.2. Saran 60
DAFTAR PUSTAKA 61
viii
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1. Konfigurasi Pin Mikrokontroller AT89C51 6
Gambar 2.2. Blok diagram Fungsional AT89C51 7
Gambar 2.3. Aliran arus dan perubahan tegangan pada reset otomatis 13
Gambar 2.4. Pulses Coded 19
Gambar 2.5. Space Coded 19
Gambar 2.6. Shift Coded 19
Gambar 2.7. Hubungan antara Sinyal Tx dan Rx 20
Gambar 2.8. Pulsa Remote Control Sony 22
Gambar 2.9. Format Sinyal Remote Control 23
Gambar 2.10. Prinsip Kerja Motor 23
Gambar 2.11. (a) Transitor Pada saat Tidak Menghantar 26
(b) transistor Pada Saat menghantar 26
Gambar 2.12. Karakteristik Transistor 27
Gambar 2.13. (a) Normally Open 29
(b) Normally Close 29
(c) Change Over 29
Gambar 2.14. (a) Simbol Osilator X TAL 30
(b) Rangkaian Ekivalen Osilator X TAL 31
Gambar 2.15. Rangkaian PSA 33
Gambar 3.1. Diagram Blok Sistem 35
Gambar 3.2. Hubungan Antar Sinyal Tx dan Rx 35
Gambar 3.3. Format Sinyal Remote Control Sony 37
Gambar 3.4. Rangkaian Penerima Remote 37
Gambar 3.5. Rangkaian Mikrokontroller AT89C51 38
Gambar 3.6. Rangkaian Driver Beban Lampu 40
Gambar 3.7. Rangkaian Driver Motor DC 43
ix
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. Deskripsi Pin 8
Tabel 2.2. Isi Rangkaian Setelah Reset 12
Tabel 3.1. Format Data Remote Sony 35
Tabel 4.1. Hasil Pengukuran Rangkaian Penerima Infra Red 47 Tabel 4.2. Data yang diterima Oleh Rangkaian Infra 47 Tabel 4.3. Titik Pengukuran Kondisi Power On Reset 49
Tabel 4.4. Titik Pengukuran Driver Lampu 51
v
ABSTRAK
x
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Dalam kehidupan sehari-hari banyak kegiatan yang kita lakukan yang berhubungan dengan perangkat listrik. Oleh karena itu dengan inovasi teknologi di bidang elektronika mencoba untuk mempermudah didalam hal menghidupkan dan mematikan beban yang merupakan alat elektronik secara cepat.
xi
1.2 Batasan Masalah
Dalam merancang dan membuat sistem pengendali pintu dan lampu menggunakan remote control, penulis akan membahas dan menganalisa rangkaian tersebut secara blok per blok. Komponen yang digunakan dalam Perancangan akan dibahas fungsinya secara umum dan karakteristik tidak dibahas . Perencanaan dan analisa rangkaian,dijelaskan secara blok per blok. Membahas perhitungan besar arus dan tegangan pada rangkaian circuit elektroniknya. Tidak membahas bagaimana cara pembuatan program dan hasilnya hanya sekilas tentang bagaimana program tersebut bekerja .
1.3 Tujuan Penulisan
Tujuan penulisan dari tugas akhir ini adalah agar penulis dapat lebih mengerti tentang mikrokontroller ,transistor sebagai saklar , relay , motor DC, dan pemancar remote. Penulis juga berharap agar tulisan ini dapat juga berguna bagi pembaca.
1.4 Metode Penulisan
1. Mengumpulkan bahan dan mempelajari sistem mikrokontroller AT89C51. 2. Membuat diagram blok rangkaian sebagai dasar rancangan
xii
5. Membuat dan menguji rangkaian dalam satu sistem yang utuh . 6. Menguji program pada mikrokontroller AT89C51.
1.5 Sistematika Penulisan
Untuk memudahkan penulisan laporan ini ,penulis mebuat susunan bab bab yang membentuk laporan ini dalam sistematika penulisan lapoaran dengan urutan sebagai berikut :
BAB 1 : Pendahuluan
Dalam bab ini berisikan latar belakang, batasan masalah, tujuan pembuatan alat, dan sistematika penulisan laporan .
BAB 2 : Dasar Teori
Bab ini berisikan tentang teori-teori penunjang yang mendukung pemecahan masalah pada bagian pembahasan .
BAB 3 : Perancangan Dan Pembuatan Sistem
xiii
BAB 4 : Pengukuran Dan Analisa
Bab ini berisikan tentang pengukuran dan analisa secara hardware dan software.
BAB 5 : Kesimpulan Dan Saran
xiv
BAB 2
DASAR TEORI
Dalam bab ini penulis akan membahas tentang komponen komponen yang digunakan dalam seluruh unit sistem ini. Agar pembahasan tidak melebar dan menyimpang dari topik utama laporan ini, maka setiap komponen hanya dibahas sesuai dengan fungsi nya pada masing-masing unit.
2.1 Mikrokontroller AT89C51
AT89C51 adalah mikrokontroller keluaran Atmel dengtan 4 K byte Flash PEROM ( Programmable and Erasable Read Only Memory ), AT89C51 merupakan memori dengan teknologi nonvolatile memory, isi memory tersebut dapat diisi ulang ataupun dihapus berkali-kali .
xv
2.1.1. Arsitektur Mikrokontroller AT89C51
xvii
Gambar 2.1 Blok diagram fungsional AT89C51
Tabel 2.2 Deskripsi Pin
Nomor
Pin Nama Pin Alternatif Keterangan
20 GND Ground
20 VCC Power Supply
32 39 P0.7 .P0.00 D7 D0 & A7 A0 Port 0 dapat berfungsi sebagai I/O biasa,low order multiflex address data ataupun menerima kode byte pada saat flash programming. Pada fungsi sebagai I/O biasa port ini dapat memberikan output sink kedelapan buah TTL input atau dapat diubah sebagai input dengan memberikan logika 1 pada port tersebut.Pada fungsi sebagai low order multiflex address data port ini akan mempunyai internal pull up terutama pada saat verifikasi.
1 .8 P1.0 P2.7 Port 1 berfungsi sebagai I/O biasa atau menerima low order address byte pada saat flash programming.Port ini mempunyai internal pull up dan berfungsi sebagai input dengan memberikan logika 1. Sebagai output port ini dapat memberikan sink keempat buah input TTl.
21 28 P2.0 P2.7 A8 A15 Port 2 berfungsi sebagai I/O biasa atau high order address, pada saat mengakses memori secara 16 bit (movx@Dptr). Pada saat mengakses memori secara 8 bit (Mov@Rn) port ini akan mengeluarkan isi dari P2 special fungtion register. port ini mempunyai internal pull up dan berfungsi sebagai input dengan memberikan logika 1. Sebagai output port ini dapat memberikan output sink keempat buah input TTL.
10 17 Port 3 Sebagai I/O biasa port 3 mempunyai sifat yang sama dengan port 1 dan port2.
sedangkan sebagai fungsi spesial port - port ini mempunyai keterangan sebagai berikut :
xviii
11 P3.1 TXD Port serial output 12 P3.2 INT0 Port External Interrupt 0 13 P3.3 INT1 Port External Interrupt 1 14 P3.4 TO Port External Timer 0 Input 15 P3.5 T1 Port External Timer 1 Input 16 P3.6 WR Port Data Memory Write Stroble 17 P3.7 RD Port Data Memory Read Stroble
9 RST Reset akan aktif dengan memberikan input high selama 2 cycle.
30 ALE PROG Pin ini dapat berfungsi sebagai Address Latch Enable (ALE) yang me-latch byte address pada saat mengakses memory eksternal. Sedangkan pada saat flash programming (PROG) berfungsi sebagai fulse input untuk pada operasi ALE akan mengeluarkan sinyal clock sebesar 1/16 frekuensi oscillator kecuali pada saat mengkakses memori eksternal. Sinyal clock pada pin ini dapat pula di disable dengan men-set bit 0 dari special fungtion register dialamat 8 EH ALE hanya aktif pada saat mengakses memori eksternal (MOVX & MOVC).
29 PSEN Pin ini berfungsi pada saat mengeksekusi program yang terletak pada memori ekternal. PSN akan aktif pada 2 kali setiap cycle.
31 EA VP Pada kondisi low maka pin akan berfungsi sebagai EA yaitu mikrokontroller akan menjalankan program yang ada memori eksternal setelah sistem diriset. Apabila berkondisi high maka pin ini akan berfungsi untuk menjalankan program yang ada pada memori internal. Pada saat flash programming pin ini akan mendapatkan tegangan 12 Volt (VP)
19 XTAL1 Input Oscillator 18 XTAL2 Output Oscillator
2.1.2 Struktur Memori
xix
Register Bank
Bit addressable RAM
General Purpose RAM
2.1.2.2 Register Fungsi Khusus (Special Function Register) 2.1.2.3 FlashPEROM
RAM pada alamat 20H hingga 2FH dapat diakses secara pengalamatan bit ( bit addressable ) sehingga hanya dengan sebuah instruksi saja setiap bit dalam area ini dapat diset,clear,AND dan OR .
xx
dapat digantikan dengan instruksi yang hanya membutuhkan satu cycle saja .
RAM Keperluan Umum ( General Purpose RAM )
RAM keperluan umum dimulai dari alamat 30H hingga 7FH dan dapat diakses dengan pengalamatan langsung maupun tidak langsung . Pengalamatan langsung dilakukan ketika salah satu operand merupakan bilangan yang menunjukkan lokasi yang dialamati. Sedangkan pengalamatan secara tak langsung pada lokasi dari RAM internal ini adalah akses data dari memori ketika alamat memori tersebut tersimpan dalam suatu register R0 atau R1 adalah dua buah register pada mikrokontroller berasitektur MCS 51 yang dapat digunakan sebagai pointer dari sebuah lokasi memori pada RAM internal.
2.1.2.2 Register fungsi Khusus
xxi
2.1.2.3 Flash PEROM
AT89C51 mempunyai 4 Kb Flash Perom ( Programmable erasable Read Only Memory ), yaitu ROM yang dapat ditulis ulang atau dihapus menggunakan sebuah perangkat programmer. Flash PEROM dalam Atmel s High-density Non Volatile Technology yang mempunyai kemampuan untuk ditulis ulang hingga 1.000 kali dan berisikan perintah standard MC51.
Program yang ada pada Flash PEROM akan dijalankan jika pada sistem di reset, pin EA/VP berlogika satu sehingga mikrokontroller aktif berdasarkan program yang ada pada Flash PEROM-nya. Namun jika pin EA/VP berlogika nol, mikrokontroller aktif berdasarkan program yang ada pada memori eksternal .
2.1.3. Reset
Reset dapat dilakukan secara manual maupun otomatis saat power diaktifkan (Power and Reset ). Saat terjadi reset isi dari register akan berubah sesuai yang ada pada tabel 2.2.
Tabel 2.2. Isi Rangkaian Setelah Reset
Register Isi Register
xxii
Interrupt Priority ( IP ) XXX00000B Interrupt Enable ( IE ) 0XX00000B
Register Timer 00H kondisi pin RST kembali Low, mikrokontroller akan mulai menjalankan program dari alamat 0000H. Kondisi pada internal RAM tidak terjadi perubahan selama reset.
Gambar diatas merupakan gambar rangkaian reset yang bekerja secara manual maupun otomatis saat sumber daya diaktifkan . Pada saat sumber daya diaktifkan , maka kapasitor C1 sesuai dengan sifat kapasitor akan terhubung singkat tegangan pada kapasitor ( Vc
)yaitu tegangan antara VCC dan titik antara kapasiotor C1 dan Resistor R2 mencapai
VCC, otomatis tegangan pada R2atau tegangan RST akan turun menjadi 0 sehingga kaki
xxiii
Gambar 2.3 Aliran Arus dan Perubahan Tegangan Pada Reset Otomatis
2.1.4. Instruksi Transfer Data
Instruksi transfer data terbagi menjadi dua kelas operasi sebagai berikut :
1. Transfer data umum ( general Purpose Transfer ), yaitu : MOV,PUSH dan POP.
2. Transfer spesifik Akumulator (Accumulator Spesific Transfer),yaitu : XCH,XCHD, dan MOVC.
Instruksi transfer data adalah instruksi pemindahan atau pertukaran antara operand tujuan. Operand-nya dapat berupa register ,memori atau suatu memori.
Deskripsi instruksi transfer data tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut : 1. MOV = Transfer bit atau byte dari operand sumber ke operand tujuan 2. PUSH = Transfer byte dari operand sumber ke suatu lokasi stack yang
xxiv
4. XCH = Pertukaran data antara operand akumulator dengan operand sumber.
5. XCHD = Pertukaran nibble rendah antara RAM internal ( lokasinya ditunjukkan oleh R0 dan R1 ) dengan akumulator .
2.1.5. Instruksi Aritmatika ( Instruksi Perhitungan )
Operasi dasar aritmatika seperti penjumlahan,pengurangan, perkalian dan pembagian dimiliki oleh AT89C51 dengan mnemonic, INC, ADD, ADDC, SUBB, DEC, MUL dan DIV.Deskripsi mnemonic tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut :
1. INC = Menambahkan satu isi sumber operand dan menyimpan hasilnya ke operand tersebut .
2. ADD = Penjumlahan antara akumulator dengan sumber operand,lalu dikurangi satu bila CY diset,hasilnya disimpan daloam operand tersebut .
3. ADDC = Hasil dari instruksi ADD ditambah satu bila CY diset.
4. SUBB = Pengurangan akumulator dengan sumber operand dengan satu, dan hasilnya disimpan dalam operand tersebut.
5. DEC = Mengurangi sumber operand dengan satu, dan hasilnya disimpan dalam operand tersebut .
6. MUL = Perkalian antara akumulator dengan register B.
xxv
2.1.6. Instruksi Logika
Mikrokontroller AT89C51 dapat melakukan operasi logika bit maupun operasi logika byte. Operasi logika tersebut dibagi atas dua bagian, yaitu :
Operasi Logika Operand Tunggal
Yaitu terdiri dari : CLR ,SETB , CPL , RLC , RR , RRL dan SWAB.
Operasi logika ke operand
Yaitu terfiri dari : ANL, ORL , dan XRL
Operasi yang dilakukan oleh AT89C51 dengan pembacaan instruksi logika dapat dijelaskan sebagai berikut :
CLR -- Menghapus bit atau byte menjadi satu. SETB -- Menset bit atau byte menjadi satu. CPL -- Mengkomplemenkan akumulator.
RL -- Rotasi akumulator 1 bit digeser melalui carry flag RR -- Rotasi akumulator 1 bit ke kanan
RRL -- Rotasi akumulator 1 bit ke kiri
SWAB-- Pertukaran nibble orded rendah dengan nibble orded Tinggi
xxvi
2.1.7 Instruksi Transfer Kendali
Instruksi transfer kendali ( control transfer ) terdiri dari tiga kelas operasi yaitu
Lompat tidak Bersayarat ( Unconditional Jump )
Yaitu terdiri dari : ACALL ,AJMP , LJMP ,JMP@A + DPTR. Lompat bersyarat ( Conditioning Jump )
Yaitu terdiri dari : JZ , JNZ , JNB , CJNE dan DJNZ Interupsi
Yaitu terdiri dari : RET 1 dan RET.
Instruksi diatas dapat dijelaskan sebagai berikut :
ACALL = Pemanggilan subrutin yang mempunyai alamat antara 2 Kbyte sampai dengan 64 Kbyte
AJMP = Lompat untuk percabangan 2 Kbyte LJMP = Lompat untuk percabangan 64 Kbyte
JMP@A+DPTR = Instruksi percabangan ke suatu lokasi yang ditunjuk oleh DPTR + isi akumulator. Instruksi pemanggilan subrutin bila alamat subrutin tidak dari 2 Kbyte.
JNB = Percabangan jika bit tidak diset.
xxvii
CJNE = Operasi perbandingan operand pertama dengan operand kedua, jika tidak sama akan dilakukan percabangan.
DJNZ = Mengurangi isi operand sumber dan percabangan akan dilakukan apabila isi operand tersebut tidak nol.
RET = Kembali ke subrutin
RET1 = Instruksi kembali ke program intrusi utama
Sebagai operand dari perlengkapan instruksi tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut :
Rn = Register R0 sampai R7 yang dipilih dari kumpulan register.
Data = Lokasi alamat data internal 8 bit, yang dilokasikan pada data RAM internal, 90-127 SFR pada 128 255 (I/O port register pengontrol, register status.
R1 = Data RAM internal lokasi 0 -255 delapan bit, yang dialamati secara tidak langsung melalui R0 dan register 1.
#Data = Yang diisikan ke dalam instruksi adalah 8 bit #Data 16 = Yang diisikan kedalam instruksi adalah 16 bit.
Addr 16 = Untuk tujuan alamat 16 bit. Digunakan pada operasi LCALL dan LJMP yang dapat dilakukan dimana saja dlam 64 Kbyte daerah alamat program memori.
Add.11 = 11 bit alamat tujuan dipakai oleh operasi CALL dan AJMP percabangan dapat dilakukan dimana saja dalam 2 Kbyte daerah program.
xxviii
Remote control dibagi menjadi 3 menurut jenis pengkodeannya : 1. Pulses Coded
Jenis ini mengatur panjang pulsanya, sehingga pulsanya di variasi untuk menunjukkan data itu berlogik high atau low. Yang dijadikan variasi adalah pulsa highnya. Metode ini dipakai oleh remote sony
Gambar 2.4 Pulses Coded
2. Space Coded
Metode ini juga mengatur panjang pulsanya untuk menunjukkan data tersebut berlogik low atau high. Tetapi yang diatur adalah lebar pulsa lownya. Jenis ini diterapkan oleh remote Panasonic.
Gambar 2.5. Space Coded
3. Shift Coded
xxix
berlogik low atau high. Metode pengiriman data ini diterapkan oleh remote Philips.
0 1 0
Gambar 2.6. Shift Coded
Penggunaan infra red sangat bagus dalam komunikasi dan control suatu sistem. Infra red adalah frekuensi radiasi yang bekerja di bawah tingkat sensitivitas mata manusia.Jadi manusia tidak dapat melihat sinar tersebut. Gambaran sinyal yang dikirimkan oleh transmitter dan diterima oleh IR demodulator dapat dilihat pada gambar 2.7 sebagai contoh yang dikirimkan oleh header.
xxx
Jika transmitter mengirimkan sinyal on dan off maka pada receiver juga menerima sinyal on dan off. Tetapi receiver hanya mendeteksi ada carrier atau tidak. Jika ada data carrier maka pulsa yang dikirimkan adalah high sebaliknya jika tidak ada carrier
Maka pulsa yang dikirimkan adalah low.Sinyal carier sebesar 40 Khz yang diterima oleh receiver akan hilang karena pada receiver sudah dibatasi dengan menggunakan rangkaian high pass filter dan low pass filter , frekuensi yang kurang dari 159,23 Hz dan lebih dari 7,24 kHz tidak dilewatkan .Sedangkan sinyal informasi sebesar 4T=2200 s (1.82kHz) akan diterima untuk diolah sebagai data header . salah satu contoh aplikasi dari penggunaan infrared adalah pada TV/VCR remote control. Infra red ini bekerja pada range frekuensi antar
30-60 KHz . Pada
dasarnya , data dikirimkan oleh suatu remote disertai dengan carriernya hal ini dimaksudkan supaya data dapat ditransmisikan untuk mencapai jarak yang lebih jauh , pada remote control sony ditumpangkan pada carrier sebesar 40kHz sehingga sebetulnya didalam pulsa high tersebut terdapat pulsa-pulsa kecil dengan frekuensi yang lebih tinggi. Dengan melihat karakteristik ini maka remote control menggunakan frekuensi carrier sekitar 36-40kHz.
xxxi
adalah header selanjutnya baru data. Remote sony ini memiliki karakteristik yaitu memiliki periode (1T) = 550 s dan carrier 40 kHz. Untuk remote sony memiliki header high 4T dan low 1 T, untuk logic 1 memiliki pilsa high sepanjang 2T dan low 1T, dan untuk logic 0 memiliki pulsa high 1T dan low 1T . Ini merupakan format aslinya sedangkan jika mengamati sinyal yang dikirimkan remote melalui IR modul kebalikannya karena pada IR modul ada inverternya. Berikut contoh bentuk gambar pulsa dari header , logic 1 dan logic 0 dari remote TV sony yang sebenarnya ( belum melalui gerbang inverter)
Gambar 2.8. Pulsa Remote Control Sony
xxxii
Gambar 2.9. Format Sinyal Remote Control Sony
2.3. Motor DC
Motor merupakan mesin yang mengubah tegangan DC menjadi gerakan yang berupa putaran dari torsi motor.
Gambar 2.10. Prinsip Kerja Motor
Bila penghantar dibentuk seperti gambar diatas, maka gaya yang dihasilkan pada kedua sisi penghantar yang tegak lurus dengan arah medan magnet akan menghasilkan torsi yang menyebabkan penghantar berputar . dari gambar diatas terlihat bahwa penghantar tegak lurus terhadap medan magnet.
xxxiii
Hal ini terjadi sejak motor DC mampu mempercepat beban dengan cepat mulai dari saat berhenti. Dan juga motor DC mampu menghasilkan tenaga putaran yang membalik sehingga menjadi lambat motornya menjadi lambat motornya menjelang mendekati posisi sebenarnya. Tenaga putaran yang diteruskan/maju akan tinggi saat motor berhenti atau kecepatannya rendah. Kecepatan tenaga putaran dengan motor DC mampu mendekati letak yang diinginkan sehingga motor akan melambat bebannya dan mencegah untuk tidak melampaui batas.
Prinsip sederhana dari motor DC wound-field adalah sama prinsip dari motor DC konvensional. Motor ini diatur oleh tegangan dinamo. Sedangkan motor DC magnet permanent menggunakan magnet secara konstan sebagai sumber arus. Motor DC magnet permanent mempunyai beberapa keuntungan dibandingkan wound-field diantaranya yaitu peningkatan efisiensi, kecilnya ukuran,tenaga putaran yang tinggi dan rendahnya tenaga input.
2.4. Transistor Sebagai Saklar
xxxiv
, sehingga transistor bekerja sebagai sebuah saklar yang membuka ( Off ) . Rangkaiannya dapat dilihat pada gambar dibawah ini :
Ra
Gambar 2.11 a. Transistor pada saat tidak menghantar b. Transistor pada saat menghantar
Saat transistor pada keadaan cut-off ( terbuka ) Vi= V0 = 0 Volt, I.R = 0 mA,
sehingga tidak ada arus yang mengalir melalui Rc kecuali arus bocor kolektor emitter. Selanjutnya tegangan Vin diberikan ke basis pada transistor, maka
xxxv
VBE =Tegangan antara basis dengan Emitter ( V )
VCC = Tegangan Sumber ( V )
Vce = Tegangan antara kolektor dan emitter ( V )
Gambar 2.12. Karakteristik transistor
2.5. Relay
Relay merupakan suatu perangkat yang menggunakan magnet listrik untuk mengendalikan seperangkat kontak. Fungsi utamanya adalah sebagai saklar yang mengatur penyambungan arus yang lebih besar dengan menggunakan arus masukan lebih kecil,sesuai dengan batas arus keluaran perangkat elektronik umumnya.
xxxvi
dienergikan oleh arus , medan magnet yang dibangun menarik armatur ini dipakai melalui pengungkit, untuk membuka atau menutup kontak-kontak.
Beberapa susunan kontak yang umum dipakai , semuanya terisolasi secara listrik dari rangkaian kumparan :
1. Normal terbuka ( Normally Open , NO) : kontak-kontak tertutup bila relay diberi arus listrik.
2. Normal tertutup ( Noramally Close , NC ) : kontak-kontak terbuka bila dialiri arus listrik.
3. Tukar sambung ( Change Over, CO ) : relay ini mempunyai kontak tengah yang normalnya tertutup tetapi akan terbuka bila diberi arus listrik.
Gambar 2.13. Simbol Relay
a) Normally Open , b) Normally Close , c) Change Over
xxxvii
Osilator adalah sebuah rangkaian elektronika yang dirancang untuk menghasilkan gaya gerak listrik bolak-balik dengan frekuensi dan bentuk gelombang yang diketahui.
Rangkaian listrik ekivalen dari Kristal diperlihatkan pada gambar 2.14. Induktor L, kapasitas C, dan resistor R adalah analogi dari massa koefisien kepatuhan ( Coplane, yaitu kebalikan dari konstanta pegas ) dan faktor peredam.
XTAL
Gambar 2.14. a) Simbol Osilator Kristal
b) Rangkaian ekivalen Osilator Kristal
2.7. Catu Daya
xxxviii
bernilai 10 F sebagai filter dan untuk menguatkan arus yang lemah pada rangkaian catu daya.
xxxix
BAB 3
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM
Perancangan Sistem Pengendali Pintu dan Lampu Menggunakan Remote Control berbasis AT89C51 ini, , diawali dengan pembuatan blok diagram dari sistem tersebut. Dimana tiap-tiap blok berhubungan antara yang satu dengan yang lainnya . Perancangan sistem ini dibagi atas dua bagian yaitu perancangan secara hardware dan secara software .
3.1 Perancangan Hardware
Perancangan hardware dapat digambarkan melalui diagram blok. Diagram blok merupakan salah satu cara yang paling sederhana untuk menjelaskan cara kerja dari suatu sistem dan memudahkan untuk melokalisir kesalahan dalam suatu sistem . Diagram blok dapat menganalisa cara kerja rangkaian dan merancang hardware yang akan dibuat secara umum. Diagram blok merupakan pernyataan hubungan yang berurutan dari satu atau lebih komponen yang memiliki satu kesatuan kerja tersendiri , dan setiap blok rangkaian mempengaruhi blok rangkaian yang lain.
xl
Gambar 3.1. Diagram Blok Sistem
Sebelum menjelaskan cara kerja rangkaian secara detail ada baiknya di jelaskan terlebih dahulu secara transparan fungsi setiap blok diagram rangkaian berikut. Adapun fungsi setiap blok diagram tersebut adalah sebagai berikut :
1. Remote Control : merupakan sistem yang berfungsi untuk mengirimkan sinyal data yang akan diproses . Remote control buatan SONY ini akan mengirimkan kode sinyal yang telah ditentukan misalnya untuk tombol 1 berarti remote mengirimkan data 80 h ke penerima .
2. Penerima Remote : merupakan bagian yang berfungsi untuk menerima sinyal yang dipancarkan oleh remote control dan difilter , dikuatkan untuk mendapatkan output sinyal yang baik .
xli
4. Driver Relay : berfungsi sebagai pengkopel antara mikrokontroller dengan beban dimana beban yang digunakan dengan catu daya AC, sehingga dipergunakan relay sebagai perantaranya .
5. Beban : beban merupakan sistem yang akan dikendalikan . Kita dapat menentukan beban yang akan digunakan 4 buah led dan 1 buah motor DC. Motor DC yang digunakan dapat dianggap untuk menggerakkan pintu.
3.1.1 Remote Control
Pada remote control terdapat dua bagian utama yaitu : bagian transmitter dan bagian receiver Bagian transmitter dalam hal ini menggunakan remote yang sudah jadi yaitu remote untuk TV dengan merk SONY. Dalam perancangan ini digunakan remote sony karena produsen remote sony sendiri bersedia mengeluarkan atau mempublikasikan format data atau kode yang digunakan oleh remote sony itu sendiri. Dengan demikian untuk mempermudah perancangan dan pembuatan alat ini maka digunakanlah remote sony dengan format data atau kode dat yang dimilikinya untuk mengontrol beban yang dikendalikan oleh sistem ini.
xlii
RX IR Receiver Circuit Vcc
Gambar 3.2 Hubungan Antar Sinyal Tx dan Rx
Untuk dapat mengamati bentuk sinyal yang dipancarkan oleh remote maka diperlukan osiloskop . dengan ossiloskop akan diketahui bentuk sinyal dari masing-masing tombol pada remote .
Berikut ini adalah bentuk-bentuk sinyal dari remote sony .
xliii
Adapun masing-masing tombol pada remote tersebut memiliki format data yang berbeda-beda seperti pada tabel dibawah ini:
Tabel 3.1 Format Data Remote Sony
Nama
Tombol HexaData Fungsi Tombol HexaData Fungsi Tombol HexaData
Tombol 1 #080 Volume - #093 Sharpness- #0A3
Tombol 2 #081 Mute #094 Tv/Video #0A5
Tombol 3 #082 Power #095 Balance L #0A6
Tombol 4 #083 Normal value #096 Balance R #0A7
Tombol 5 #084 Picture + #098 Power On #0AE
Tombol 6 #085 Picture - #099 Power Off #0AF
Tombol 7 #086 Colour + #09A Input Line A #0C0
Tombol 8 #087 Colour - #09B Input Line B #0C1
Tombol 9 #088 Brightness + #09E Input AV #0C3
Tombol 10 #089 Brightness - #09F Input Digital #0C5
Ch+ #090 Hue + #0A0 Input Vtr #0C7
Ch- #091 Hue- #0A1
Volume + #092 Sharpness #0A2
Dalam perancangan alat ini digunakan 6 buah tombol yaitu tombol 1 sampai dengan tombol 6 . Adapun fungsi dari masing-masing tombol tersebut :
1. Tombol 1 digunakan untuk menghidupkan atau mematikan lampu 1 2. Tombol 2 digunakan untuk menghidupkan atau mematikan lampu 2 3. Tombol 3 digunakan untuk menghidupkan atau mematikan lampu 3 4. Tombol 4 digunakan untuk menghidupkan atau mematikan lampu 4 5. Tombol 5 digunakan untuk membuka pintu
xliv
3.1.2 Rangkaian Penerima Remote
Komponen yang digunakan pada perancangan rangkaian penerima remote control ini antara lain adalah : Photo transistor, Resistor 10 k , Transistor NPN BC547 serta sebuah IC 7404. Adapun rangkaian yang digunakan sebagai berikut :
xlv
dikirimkan ke port 1.0 yang dijadikan sebagai port data untuk sinyal yang dikirimkan oleh pemancar remote control. Kemudian program akan mengecek port 1.0n apakah ada sinyal informasi yang dikirimkan oleh pemancar.
3.1.3 Rangkaian Mikrokontroller AT89C51
xlvi
Gambar 3.5 Rangkaian Mikrokontroller AT89C51
Penjelasan dan fungsi dari pin-pin IC Mikrokontroller AT89C51 pada pembuatan sistem ini adalah sebagai berikut :
1. Pena 1 digunakan untuk input Not Gate pada rangkaian penerima infra red 2. Pena 7 dan 8 digunakan sebagai input ubtuk limit switch pada beban motor. 3. Pena 9 sebagai reset dimana untuk mengembalikan program sistem ke awal. 4. Pena 18 dan 19 merupakan masukan dan keluaran kerangkaian osilator
internal .
5. Pena 27 dan 28 sebagai output mikrokontroller untuk mengendalikan driver relay beban motor DC.
6. Pena 36 s/d 39 output mikrokontroller untuk mengendalikan driver relay beban untuk menghidupkan 4 buah lampu .
7. Pena 20 merupakan Ground sistem .
8. Pena 40 merupakan Vcc sebagai catu daya + 5V DC.
3.1.4 Rangkaian Driver Lampu
xlvii
driver lampu ini merupakan rangkaian yang menjadi penggerak atau pengendali proses aktifnya beban lampu yang digunakan.
Gambar 3.6 Rangkaian Driver Beban Lampu
Port mikrokontroller yang berfungsi sebagai output untuk mengendalikan rangkaian driver lampu ini adalah port 0.0 sampai dengan port 0.3 dapat kita lihat pada gambar diatas , bahwa port-port tersebut akan mengendalikan driver beban lampu1,2,3 dan 4 .
xlviii
oleh mikrokontroller pada port 0 tersebut sesuai dengan tombol yang diguakan misalnya jika tombol 1 yang ditekan maka datanya akan dikeluarkan melalui port0.0 dari mikrokontroller . Setelah itu sinyal tersebut diterima oleh 4N25 sehingga infra red akan memancarkan sinyal tersebuit ke photo transistor , sehingga opto-coupler akan ON. Kemudian sinyal tersebut dikirimkan oleh 4N25 ke transistor BC 547 dengan demikian BC 547 akan aktif sebagai saklar posisi ON. Lalu data tersebut diteruskan ke IN 4002 yang merupakan suatu dioda 2 A yang digunkan untuk menyearahkan tegangan yang dikirim ( data ). Data yang dikirimkan tersebut akan mengaktifkan relay sehingga relay menjadi ON., dimana pada awalnya relay dalam kondisi Normally Close akan berubah aktif menjadi Normally Open .
Pada saat relay aktif pada kondisi ON, maka relay bertindak sebagai saklar dan mengalirkan tegangan 220 V AC terhadap beban lampu yang digunakan , sehingga beban lampu tersebut akan menyala . Tetapi pada saat tombol remote control beban lampu tersebut ditekan untuk yang kedua kalinya, maka lampu akan padam . Hal ini dapat dilakukan dengan membuat program yang dapat melakukan perintah seperti itu ( lihat analisa program ).
3.1.5. Rangkaian Driver Beban Motor DC
xlix
perancangan rangkaian driver motor DC ini digunakan komponen sebagai berikut : Opto-coupler 4N25, transistor BC 547 , Dioda IN4002, Relay, Resistor 1 k dan limit switch . .
Gambar 3.7 Rangkaian Driver Motor DC
l
berhenti berputar. Hal pemutusan tegangan tersebut dapat diatur dari perintah program yang digunakan ( lihat analisa program ) .
Jika mikrokontroller mengirimkan perintah untuk mengaktifkan 4N25, maka optocoupler akan aktif karena photo transistor menerima sinyal yang dikirimkan oleh infra red pada opto-coupler . Kemudian data tersebut dikiirimkan oleh 4N25 ke transistor BC 547 dengan demikian BC 547 dalam posisi ON atau aktif sebagai saklar . Lalu data tersebut diteruskan ke IN 4002 yang merupakan suatu dioda 2 A yang digunakn untuk menyearahkan tegangan yang dikirim ( data ) . Dengan adanya data tersebut akan mengaktifkan realay menjadi normally open. Jika tidak ada data yang dikirim maka relay tetap pad posisi normally close.
Pada saat relay aktif pada kondisi normally open , maka relay bertindak sebagai saklar dan mengalirkan tegangan 5 V terhadap beban motor yang digunakan, sehingga beban motor DC 1 tersebut akan bergeser ke kanan ( posisi membuka ). Pada saat pintu membuka , apabila pintu menekan limit switch 1 , maka putaran motor tersebut otomatis berhenti . Hal yang sama juga terjadi pada driver yang satu lagi , hanya saja driver ini berfungsi untuk mengontrol motor DC untuk berputar kekiri ( pintu tertutup ), Pada saat pintu menutup , apabila pintu menekan limit switch 2 , maka putaran motor tersebut otomatis berhenti . Sedangkan tombol yang digunakan untuk mengirim data membuka pintu adalah tombol 5 dan untuk pintu adalah nomor 6.
li
lii
liii
Sedangkan program yang digunakan adalah :
lv
BAB 4
PENGUKURAN DAN ANALISA
Pengujian dan pengukuran dilakukan untuk membuktukan apakah rangkaian yang sudah dibuat bekerja sesuai dengan yang direncanakan . Pertama sekali pengujian dilakukan pada setiap bloknya dan pengujian beberapa blok yang saling berkaitan . Dalam setiap pengujian dilakukan dengan pengukuran yang nantinya akan digunakan untuk menganalisa hardware dan software pendukungnya .
Setelah semua komponen dipasang dan semua instalasi selesai,lalu dilakukan pemeriksaan ulang terhadap jalur PCB, Solderan dan pengawetan agar pengujian dan pengukuran dapat dilaksanakan .
4.1. Pengujian Unit Penerima Infra Red
lvi
Adapun data yang didapat dari pengukuran pada test point (TP) pada rangkaian penerima infra red jika data dari remote dikirimkan terdapat pada tabel 4.1 berikut ini :
Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Rangkaian Penerima Infra Red
Data Remote TP 1 TP2
Tidak Ada Sinyal 0.5 Volt 0.5 Volt
Ada Sinya 4.7 Volt 4.8 Volt
lvii
Tabel 4.2 Data yang diterima oleh Rangkaian Penerima Infra Red
Nama Tombol Data Hexa
Bagian ini merupakan Pemroses keseluruhan dari sistem ini. Rutin yang dikerjakan ditulis dalam bahasa assembling yang selanjutnya didownload pada memori internal yang tersedia.
lviii
rangkaian reset dipergunakan komponen C1 dan R1. Dalam pengujian diapat hasil
pengukuran seperti tabel dibawah ini :
Tabel 4.3 Titik Pengukuran kondisi Power On Reset
TITIK PENGUKURAN POWER ON
TP3 H L
TP4 H L
TP5 L
Gambar 4.3 Aliran Arus dan Perubahan Tegangan Pada Reset Otomatis
Pada saat sumber daya diaktifkan , maka kapasitor C 1 sesuai dengan sifat
lix
antara Vcc dan titik antara kapasitor C1dan resistor R1mencapai Vcc, otomatis tegangan
pada R1atau tegangan RST akan berlogika 0 ( gambar 4.3 b ) dan proses reset selesai .
Dari hasil pengukuran didapat bahwa pada saat terjadi Power On Reset , atau adanya penekanan Reset, maka TP3 dan TP4 yang awalnya dalam logika 1 ( high ) lalu menjadi logika 0 (low) ysng menyebabkan kembali ke keadaan awal ( program kembali ke awal start ). Sedangkan pada TP5 tetap dalam kondisi low .
4.3 Pengujian rangkaian Driver Lampu
Adapun hasil pengukuran yang didapat pada titik pengukuran diatas adalah sebagai berikut :
Tabel 4.4 Hasil Pengukuran Driver Lampu
Titik Pengukuran Ada Sinyal
Hasil pengukuran di TP 6 merupakan pengukuran yang dilakukan pada saat ada sinyal yang diterima oleh rangkaian driver lampu. Dimana IF merupakan arus forward
lx
masuk kedalam optocoupler dimana pada saat itu tegangan forward inputnya adalah sebesar 1.7 V .
TP7 merupakan titik pengukuran output dari 4N25 dan besarnya arus dan tegangan yang masuk ke BC 547 . Dimana pada saat tegangan VBE dalam kondisi
saturasi diperoleh tegangan 700mV dengan arus IB sebesar 2.5 mA . Sedangkan dalam
kondisi yang sama pada TP8 diperleh arus emitter nya sebesar 80 mA.
Hasil pengukuran pada TP9 merupakan pengukuran arus pada pada collector Emitter,yaitu didapat IC= 80 mA dan VCE = 200 mV.
Adapun hasil pengukuran pada TP 10 dilakukan pada saat input tegangan untuk beban lampu yang digunakan adalah 12 V DC bukan 220 V AC.
Hasil pengukuran diatas dapat kita bandingkan dengan besarnya nilai yang tercantum pada datasheet 4N25 dan BC 547 . Jika diperhatikan bahwa besar nilai dari perhitungan dan pengukuran memiliki selisih yang tidak jauh beda
4.4 Pengujian rangkaian Driver Motor DC
Pada hakikatnya pengukuran untuk rangkaian driver motor DC tidak jauh beda dengan pengukuran pada rangkaian Driver Lampu .
Adapun hasil yang didapat dari pengukuran rangkaian driver motor DC adalah sebagai berikut :
lxi
Titik Pengukuran Ada Sinyal
TP 11 Pintu Open , IDC= 100 mA
TP 12 Pintu Close , IDC= - 100 mA
TP 11 dan TP 12 merupakan hasil pengukuran besarnya arus yang mengalir pada motor DC saat pintu Open dan saat pintu Close dengan tegangan inputnya sebesar 12 DC.
4.5 Analisa Program
Pada proses pembuatan program selalu diawali dengan penempatan awal dari program, hal ini dilakukan dengan pemberian alamat awal 0000h seperti pada perintah dibawah ini :
org 0000h
lxiii
sama maka program akan lompat ke routine ambil, namun jika sama maka program akan lompat ke perintah di bawahnya.
Routine chk1 berisi pemasukan data pada buff ke accumulator , dan dibandingkan dengan data 80 h, jika tidak sama maka program akan lompat ke chk2, apabila sama maka bit p0.0 akan dikomplemen. Selanjutnya program akan lompat ke routine awal
chk1: mov a,buff
lampu1 : cjne a,#80h,chk2
cpl p0.0
jmp awal
Routine chk2 berisikan pembandingkan isi akumulator dengan data 81 h , jika tidak sama maka program akan lompat ke chk 3 , apabila sama maka bit p0.1 akan dikomplemen. Selanjutnya program akan lompat ke start
chk2 : cjne a,#81h,chk3
lampu 2 : cpl p0.1
jmp start
Routine chk3 berisikan pembandingkan isi akumulator dengan data 82h, jika tidak sama maka program akan lompat ke chk4, apabila sama maka bit p0.2 akan dicomplemen. Selanjutnya program akan lompat ke start.
chk3 : cjne a,#82h,chk4
lxiv
jmp start
Routine chk4 berisikan pembandingkan isi akumulator dengan data 83 h , jika tidak sama maka program akan lompat ke chk5, apabila sama maka bit p0.3 akan dikomplemen. Selanjunya program akan lompat ke start
chk4 : cjne a,#83h,chk5
lampu 4 : cpl p0.3
jmp start
Routine chk5 berisikan pembandingkan isi akumulator dengan data 84h , jika tidak sama maka program akan lompat ke chk6, apabila sama maka bit p2.7 akan diberi logika 0 sedangkan bit p2.6 diberi logika 1. Selanjutnya program akan memeriksa portp1.7 apakah berlogika 1 atau 0 , jika berlogika 0 maka program akan lompat ke check 1 , namun jika berlogika 1 maka port p2.6 akan diberi logika 0, dan selanjutnya program akan lompat ke start.
lxv
chk6 : cjne a,#85h,start
tutup : clr p2.6
setb p2.7
check 2 : jnb p1.6,check2
clr p2.7
jmp start
Diakhir dari sebuah program akan selalu diakhiri dengan perintah end seperti dibawah ini, agar program dapat mengetahui akhir dari sebuah program yang akan diisikan ke dalam memori program.
lxvi
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Dari hasil perancangan dan pembuatan dan penganalisaan sistem ini dapat ditarik beberapa kesimpulan antara lain :
1. Rangkaian penerima infra red dapat menerima data yang dikirimkan dari remote control dengan nilai data yang sama untuk setiap tombolnya .
2. Dengan adanya remote, mikrokontroller akan bekerja secara otomatis untuk mengendalikan beban dari jarak jauh.
3. Seluruh sistem dapat bekerja sesuai dengan yang telah dispesifikasikan .
Saran
lxvii
DAFTAR PUSTAKA
Barmawi malvino . 1999. Prinsip Prinsip Elektronika ; Jakarta ; Erlangga. Christianto , danny , S.T. dan Kris Pusporini, S. t. MT.2004 . Panduan Dasar
Mikrokontroller MCS 51 ;Surabaya ; Innovative Elektronics .
L.Shrader Robert .1991. Komunikasi Elektronika ; Jakarta ; Erlangga .
L.Tokheim Roger . 1995. Elektronika Digital , Edisi Kedua ; Jakarta ; Erlangga . Mac Kenzie Scoot I.1999. The 8051 Microkontrolle, Third Edition ; New Jersey ; Prentice Hall , Inc.
http://www.google.com/Atmel AT89C51.htm diakses tanggal 30juni,2008. http://www.google.com/ SN7404.htm diakses tanggal 30 juni 2008.
http://www.google.com/ BC 547. htm diakses tanggal 30 juni 2008.
