5
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Vending Machine
Mesin jual otomatis (Vending machine) adalah mesin yang dapat mengeluarkan barang-barang seperti makanan ringan, minuman ringan seperti minuman soda, alkohol, rokok, tiket lotre, produk konsumen dan bahkan emas dan permata untuk pelanggan secara otomatis. Layaknya penjual asli, mesin ini akan mengeluarkan barang yang kita inginkan setelah kita membayarnya dengan cara memasukkan sejumlah koin maupun uang kertas.
Mesin penjual otomatis membutuhkan uang koin maupun uang kertas untuk proses kerjanya. Namun, yang paling populer adalah uang koin. pada bagian sudut tertentu, terdapat lubang untuk memasukan uang koin. Uang koin yang telah dimasukkan akan jatuh kedalam pengkait dan mesin didalamnya akan berjalan secara otomatis. Mesin tersebut berjalan sambil menjatuhkan barang yang pembeli pilih, dan terakhir pembeli tinggal mengambil dari balik pintu kecil yang telah disediakan.
Jenis dari mesin penjual otomatis sangat beragam, mulai dari minuman hingga makanan, sehingga mekanik untuk mengeluarkan barang-barangnya berbeda-beda, mulai dari mendorong barang dari tempatnya sampai mengambil barang dengan sistem kerja pnumatik.
Pada dasarnya miniatur ini terdiri tiga bagian sistem pokok yang diantaranya adalah masukan (input), proses dan keluaran (output). Sehingga dalam pembahasan akan dapat dipermudah dengan menggolongkan beberapa perangkatnya berdasarkan peranan perangkat tersebut dalam kesatuan sistem kerja miniatur mesin.
Gambar 2.1 Ilustrasi Pada Kerja Miniatur Mesin Otomatis Minuman Kaleng
2.2 Perangkat Masukan / Input
Perangkat input merupakan perangkat yang terhubung dengan mikrokontroller yang berfungsi untuk memberikan masukan berupa logika khusus sebelum kemudian diproses untuk dijadikan aksi pada perangkat keluaran.
2.2.1 Keypad 4x4
Merupakan jenis perangkat input yang berfungsi sebagai interface antara perangkat (mesin) elektronik dengan manusia atau dikenal dengan istilah HMI (Human Machine Interface). Masukan perangkat ini akan dibaca oleh mikrokontroller dengan membedakan byte yang terdiri dari bit-bit yang beragam untuk jenis tombol-tombol yang ada.
Pada Keypad 4x4 ini merupakan tombol atau yang lebih dikenal dengan nama
push button, tombol keypad yang telah dirancang dengan 4 baris dan 4 kolom mengbungkan dengan masukan dengan keluaran menjadi 8 pin untuk siap digunakan pengguna pada mikrokontroller.
Keypad digunakan pada kehidupan sehari-hari yang seperti keyboard pada komputer, keyboard laptop, hingga peralatan manufacture untuk masukan data pada kerja mesin. Namun pada keypad 4x4 ini sering dijumpai pada penggunaan kalkulator sederhana dengan tujuan membatu menghitung matematis penjumlahan, pengurangan, perkalian dan pembagian. Seiring perkembangan teknologi kalkulator digunkan dengan rumus-rumus matematis tertentu yang lebih rumit.
Perkembangan keypad semakin banyak digunakan hingga pada kesempatan ini penulis menggunakan keypad 4x4 untuk sistem kontrol pada mesin otomatis sekaligus mengoperasikannya sebagai masukan.
2.2.2 Sensor Ultrasonik
Merupakan peralatan elektronika yang dapat mengubah energi listrik berkala menjadi sebuah energi mekanik dalam bentuk suara. Sensor ini terdiri dari rangkaian pemancar ultrasonic yang dinamakan transmitter dan penerima ultrasonic yang disebut receiver. Alat ini digunakan untuk mengukur gelombang ultrasonik. Gelombang ultrasonic sendiri adalah gelombang mekanik yang memiliki cirri-ciri longitudinal dan biasanya memiliki frekuensi di atas 20 KHz. Gelombong utrasonik dapat merambat melalui zat padat, cair maupun gas dengan gelombang rambatan energi dan momentum mekanik sehingga merambat melalui
ketiga element tersebut sebagai interaksi dengan molekul dan sifat inersia medium yang dilaluinya.
Gambar 2.3 Sensor Ultrasonik
Sifat dari gelombang ultrasonic yang melalui medium menyebabkan getaran partikel dengan medium amplitudo sama dengan arah rambat longitudinal sehingga menghasilkan partikel medium yang membentuk suatu rapatan atau biasa disebut Strain dan tegangan yang biasa disebut Strees. Proses lanjut yang menyebabkan terjadinya rapatan dan regangan di dalam medium disebabkan oleh getaran partikel secara periodik selama gelombang ultrasonik lainnya. Gelombang ultrasonik merambat melalui udara dengan kecepatan 344 meter per detik, mengenai obyek dan memantul kembali ke sensor ultrasonik. Seperti yang telah umum diketahui, gelombang ultrasonik hanya bisa didengar oleh makhluk tertentu seperti kelelawar dan lumba-lumba. Kelelawar menggunakan gelombang ultrasonic untuk berburu di malam hari sementara lumba-lumba menggunakanya untuk berenang di kedalaman laut yang gelap.
Gelombang inilah yang dapat dibangkitkan oleh sensor ultrasonic dengan sistem mengirimkan dan kemudian menangkapnya dengan nilai batasan waktu untuk kemudian dapat dikonversi kedalam nilai atau besaran jarak.
Penggunaan sensor ultrasonic sering kali untuk mengetahui sebuah jarak tertentu dalam satuan baca tertentu yang kemudian dijadikan sebagai parameter sebuah perangkat mekatronika maupun robot untuk melakukan pekerjaan.
2.3 Perangkat Proses
Perangkat proses merupakan mikrokontroler, semua jenis perangkat elektronika baik yang bekerja otomatis maupun semi-otomatis semuanya menggunakan mikrokontroller yang bertugas sebagai pusat dari sistem tersebut. Mikrokontroller mampu menghubungkan semua masukan-masukan untuk diproses dan kemudian di jadikan proses kerja pada keluarannya.
Secara umum mikrokontroller di artikan sebagai sebuah perangkat elektronika yang dapat menerima masukan dan memberikan perintah menjadi sebuah keluaran dari perangkat. Sehingga seringkali mikrokontroller digunakan untuk menjadi otak pada robot maupun alat otomatis dengan memanfaatkan segala keunggulannya. Pada mikrokontroller inilah segala keinginan manusia terhadap kerja alat otomatis dapat ditanamkan dengan bahasa pemrograman tertentu. Hal ini didasari oleh keberadaan suatu chip yang terdapat pada mikrokontroller tersebut.
Fasilitas dasar yang dimiliki oleh mikrokontroller.
1. ALU (Aritmatic-Logic-Unit) atau Unit Aritmatika dan Logika
Rangkaian-rangkaian logika yang melaksanakan operasi penjumlahan, pengurangan dan berbagai operasai logika lainnya.
Terdapat beragam memori tetapi pada dasarnya hanya terdapat dua tipe utama piranti memori, yaitu RAM (Random Access Memory) dan ROM (Read Only Memory).
RAM (Random Access Memory) digunakan untuk menyimpan data secara temporer. Dalam arti data akan hilang ketika pasokan daya ke piranti diputuskan.
ROM (Read Only Memory) digunakan untuk menyimpan beberapa instruksi-instruksi dalam bentuk biner yang dapat dipahami oleh kontroler bersifat sedikit lebih permanen.
3. Timer dan Counter
Sebuah fasilitas yang dapat dijadikan batasan waktu dan juga dapat mencacah deretan periode yang dibangkitkan oleh sistem clock.
4. Clock
Sebuah kondisi detakan pulsa tetap yang dihasilkan oleh komponen tertentu yang dijadikan sebagai wadah terjadinya kejadian-kejadian pada mikrokontroller. Kejadian akan menempati waktu-waktu tertentu didalamnya.
5. Input dan Output
Pin-pin yang dapat dihubungkan dengan masukan dan keluaran.Seperti untuk sensor dan aktuator dan indikator.
Banyaknya jenis mikrokontroller yang ada di pasaran didasari oleh penggunaan mikrokontroller yang selalu melekat pada sebuah kesisteman perangkat elektronika dan mekatronika.Salah satu jenis mikrokontroller yang saat ini sering digunakan adalah arduino.Arduino sendiri adalah kit elektronik atau
papan rangkaian elektronik open source yang di dalamnya terdapat komponen utama yaitu sebuah chip mikrokontroler dengan jenis AVR (Advenced Versatile RISC) dari perusahaan Atmel.
2.3.1 Arduino Uno
Bermacam-macam jenis arduino yang dapat dijumpai dipasaran saat ini salah satunya adalah arduino uno. Arduino uno adalah salah satu jenis mikrokontroller yang sering digunakan karena faktor didalamnya, baik dari bentuk fisik dan kemudahan dalam penggunaannya. Jenis mikrokontroller ini memiliki beberapa hal unik seperti dalam cara penggunaanya yang berbeda dengan kebanyakan mikrokontroller lainnya. Mempunyai kemudahan dalam menanam program dengan bahasa pengembangan yang ditujukan untuk mempermudah pengguna dan software khusus yang compatible dengan arduino. Cara pemrograman yang mudah dengan cukup menghubungkan dengan computer melalui kabel USB (Universal Serial Bus) menjadi salah satu faktor juga jenis arduino yang satu ini banyak diminati para pengguna.
Gambar 2.4 Arduino Uno
Pada arduino uno terdapat berbagai fasilitas yang mendukung peralatan sebagai mikrokontroller, seperti halnya terdapatnya sebuah chip mikrokontroller dan beberapa konektor yang memudahkan.Rincian secara umum dari fasilitas tersebut terlihat pada tabel 2.1.
Tabel 2.1 Fasilitas pada Arduino Uno Mikrokontroler ATmega328 Tegangan Operasi 5V Tegangan Masukan 7-12V Tegangan Masukan (batas) 6-20V Pin Digital
14 pin (6 pin memberikan output PWM)
Pin Analog 6 pin
Arus DC(Direct Current) per Pin I / O
40 Ma
DC saat ini untuk 3.3V Pin
50 Ma
Flash Memory
32 KB (ATmega328) yang 0,5 KB digunakan oleh bootloader
SRAM 2 KB (ATmega328)
EEPROM 1 KB (ATmega328) Kecepatan Clock 16 MHz
Pada tabel 2.1 menjelaskan bahwa pada arduino uno menggunakan IC (Intergrated Circuit) mikrontroller keluaran perusahan besar atmel yaitu ATmega328P.
Merupakan chip mikrokontroller AVR (Advenced Vertile RISC) keluaran perusahaan Atmel. Berdasarkan data sheet ATmega328P terdapat beberapa kemampuan yang terdapat didalamnya. Hal inilah yang kemudian dikembangkan dalam bentuk papan arduino, kemampuan-kemampuan tersebut seperti halnya kemampuan chip mikrokontroller pada umumnya.
Beberapa fasilitas inilah yang dikemas dalam satu chip yang kemudian dipasang pada papan arduino uno dengan penambahan-penambahan komponen lain seperti penyediaan sumber tegangan, indikator dan crystal sebagai pembangkit clock. Perancangan papan arduino uno sendiri dengan memanfaatkan
port-port pada ATmega328P dengan jalur rangkaian yang disesuaikan untuk mempermudah penggunaannya.
Gambar 2.4 Pemetaan port Atmega-328 dengan pin Arduino Uno
Berdasarkan gambar diatas arduino mulai dirancang sedemikian rupa dengan membedakan beberapa port dengan penggantian istilah nama. Hal ini terlihat pada arduino uno sendiri yang hanya akan dijumpai pin digital dan analog saja bukan lagi port pada istilah yang digunakan pada ATmega. Hal ini juga
didukung dengan rancangan software khusus yang disebut dengan sketch IDE
yang tentu sangat selaras dengannama dan istilah-itilah yang ada pada papan arduino uno.
2.3.1.2 Sketch IDE (Integrated Development Environment)
Merupakan software yang dirancang untuk memenuhi penggunaan papan arduino dengan bahasa pemrograman sendiri. Pemrograman untuk arduino dengan menggunakan software ini akan memudahkan para pengguna karena bahasa pemrograman yang dirancang untuk lebih mudah dimengerti. Selain itu keunggulan pada software ini adalah tersedianya beberapa contoh pemrograman untuk sejumlah perangkat seperti blink, motor servo, LCD (Liquid Cristal Display), sensor ultrasonic dan lain sebagainya.
Karena pada Sketch IDE (Integrated Development Environment)
merupakanbagian software yang open source sehingga memungkinkan kita untuk memprogram bahasa arduino dalam bahasa C/C++ sehingga tidak terbatas dengan penggunaan bahasa pokoknya. Software IDE (Integrated Development Environment) ini juga memungkinkan untuk menulis sebuah program secara bertahap yang diakhiri dengan langkah penanaman program pada ATmega328.
Gambar 2.6 Sketch IDE (Integrated Development Environment)
Beberapa program yang telah dibuat pada perangkat lunak ini dapat langsung ditanam pada chip mikrokontroller pada papan arduino dengan menggunakan kabel USB (Universal Serial Bus) dengan syarat tidak adanya kesalahan dalam penulisan programnya dan sudah terhubung. Istilah menanam program ke chip mikrokontroller inilah yang sering disebut dengan proses upload
.
Gambar 2.7 Kabel USB
2.4 Perangkat Keluaran / Output
Merupakan perangkat-perangkat yang bekerja berdasarkan hasil dari proses yang terjadi pada mikrokontroller. Dalam arti lain bahwa perangkat output adalah perangkat yang akan bekerja setelah adanya perintah dari mikrokontroller.
2.4.1 Motor Arus Searah atau Motor DC (Direct Current)
Merupakan komponen elektronik yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik berupa gerak rotasi. Pada motor DC (Direct Current) terdapat jangkar dengan satu atau lebih kumparan terpisah. Tiap kumparan berujung pada cincin belah (komutator).
Gambar 2.8 MotorDC(Direct Current)
Dengan adanya insulator antara komutator, cincin belah dapat berperan sebagai saklar kutub ganda (double pole, double throw switch). Motor DC(Direct Current) bekerja berdasarkan prinsip gaya “Lorentz”, yang menyatakan ketika sebuah konduktor beraliran arus diletakkan dalam medan magnet, maka sebuah gaya “Lorenz”akan tercipta secara ortogonal diantara arah medan magnet dan arah aliran arus. Mekanisme ini diperlihatkan pada gambar berikut ini.
Gambar 2.9 Mekanisme Motor DC Magnet Permanen
Sebuah penggerak yang digunakan pada robot beroda umumnya adalah motor DC (Direct Current) dengan magnet permanen. Motor DC (Direct Current)
jenis ini memiliki dua buah magnet permanen sehingga timbul medan magnet di antara kedua magnet tersebut. Di dalam medan magnet inilah jangkar/rotor berputar. Jangkar yang terletak di tengah motor memiliki jumlah kutub yang
ganjil dan pada setiap kutubnya terdapat lilitan tembaga. Lilitan ini terhubung ke area kontak yang disebut komutator. Sikat (brushed) yang terhubung ke kutub positif dan negatif motor memberikan daya ke lilitan sedemikian rupa sehingga kutub yang satu akan ditolak oleh magnet permanen yang berada di dekatnya, sedangkan lilitan lain akan ditarik ke magnet permanen yang lain sehingga menyebabkan jangkar berputar. Ketika jangkar berputar, komutator mengubah lilitan yang mendapat pengaruh polaritas medan magnet sehingga jangkar akan terus berputar selama kutub positif dan negatif motor diberi daya listrik.
2.4.2 Relay
Pada relay memiliki cara kerja seperti saklar yang dapat meng-on-offkan nilai keluaran dari masukan tergantung pada perangkat output-nya contohnya untuk menggerakan motor berdasarkan putarannya saja tanpa harus memperhatikan perubahan kecepatan dan perubahan arah putarnya cukup digunakan relay. Dalam hal ini relay hanya bertujuan sebagai saklar dengan memanfaatkan dua kondisi konfigurasi relay baik NO (normally open) maupun keadaan NC (normally close) untuk kemudian cukup dengan memberikan satu kondisi pada pin yang terhubung dengan elemen relay maka relay dapat bekerja dengan kondisi keluaran yang berbeda dengan awal.
2.4.3 Indikator
Indikator adalah jenis komponen yang digunakan untuk penanda dari suatu kejadian baik saat terjadi masukan ataupun juga penanda saat mikrokontroller memberikan perintah pada perangkat keluaran. Pada umumnya komponen yang digunakan untuk indikator adalah LED (Light Emitter Diode) dan buzzer.
2.4.3.1 LED (Light Emitting Diode)
Merupakan suatu semikonduktor yang memancarkan cahaya monokromatik yang tidak koheren ketika di beri tegangan maju.
Gambar 2.11 LED (Light Emitting Diode)
2.4.3.2 Buzzer
Merupakan komponen yang dapat mengeluarkan suara beep, ketika diberikan tegangan masukan dan beberapa suara ketika masukan buzzer dari mikrokontroller yang di program sesuai dengan nada dari program tersebut
Gambar 2.12 Buzzer
2.5 Perangkat Pendukung
Perangkat yang digunakan untuk menunjang kinerja dari keseluruhan perangkat baik perangkat output, perangkat kontrol maupun perangkat input. Adapun perangkat-perangkat yang dimaksud adalah power supply dan kabel penghubung.
2.5.1 Power Supply
Merupakan pirantiyang tersusun dari bebrapa rangkaian elektronika yang berfungsi untuk menyuplai daya listrik sesuai dengan kebutuhan piranti-piranti lainnya.Perangkat ini terdiri dari komponen inti yaitu baterai dan regulator.
2.5.1.1 Aki
Merupakan alat listrik-kimiawi yang menyimpan energi dan mengeluarkan tenaganya dalam bentuk listrik. Pada penggunaannya baterai disesuaikan dengan jumlah seluruh kebutuhan baik tegangan maupun arus di butuhkan.
Gambar 2.13 Aki 12V 300 mAh
2.5.1.2 Regulator 5 Volt
Merupakanbagian power supply yang berfungsi untuk memberikan stabilitas output pada suatu power supply. Keluaran pada regulator ini dapat diatur dengan pemilihan IC (Integrated Circuit) pembatas atau pemotong tegangan yang dapat disesuaikan dengan kebutuhan beban. Selain itu biasanya pada bagian inilah proteksi dari sebuah alat dipasang yaitu dengan pemasangan fuse yang bertujuan memutuskan secara cepat supply saat terjadinya arus lebih serta proteksi berupa dioda yang yang berfungsi mencegah adanya arus feed back.
Dengan pemilihan jenis IC (Integrated Circuit) 7805 dengan segala kelebihannya regulator ini dapat menghasilkan keluaran berupa tegangan yang stabil sebesar 5V. Penggunaan dari regulator 5V secara umum sebagai supply
kebanyakan perangkat yang mengharuskan tegangan masukan sebesar 5V saja seperti sensor jarak, sensor sentuh, sensor kelembaban serta sebagai sumber untuk mengaktifkan perangkat seperti perangkat relay, dan lain sebagainya.
2.5.2 Kabel Penghubung
Merupakan salah satu peralatan yang berfungsi sebagai penghubung dari satu perangkat ke perangkat lainnya.Terdiri dari bahan konduktor yang cepat menghantarkan listrik yaitu tembaga. Sering digunakan sebagai penghubung pin dari mikrokontroller ke perangkat baik input maupun output.
