BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Mikrokontroller
Mikrokontroller merupakan sebuah sistem komputer yang seluruh atau sebagian besar ele menya dikemas dalam satu chip IC, sehingga sering disebut Single Chip Microcomputer. Mikrokontroller merupakan sebuah sistem komputer yang mempunyai satu atau beberapa tugas yang sangat spesifik, berbeda dengan PC (personal computer) yang memiliki beragam fungsi. Perbedaan yang lainnya adalah perbandingan RAM dan ROM yang sangat berbeda antara komputer dengan mikrokontroller. Dalam mikrokontroller ROM jauh lebih besar dibandingkan RAM, sedangkan dalam komputer atau PC, RAM jauh lebih besar dibanding ROM.
Contoh- contoh keluarga mikrokontroller: 1. Keluarga MCS-51
2. Keluarga MC68HC05 3. Keluarga MC68HC11 4. Keluarga AVR 5. Keluarga PIC 8
Dalam perancangan alat ini, digunakan salah satu dari jenis mikrokontroller jenis AVR, karena mikrokontroller ini pemrogramannya relativ mudah dan harganya lebih murah.
2.1.1 Mikrokontroller ATMega8535
Mikrokontroller AVR memiliki arsitektur RISC 8 Bit, sehingga semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit (16-bits word) dan sebagian besar
instruksi dieksekusi dalam satu siklus instruksi clock. Dan ini sangat membedakan sekali dengan instruksi MCS-51(Berarsitektur CISC) yang membutuhkan siklus 12 clock. RISC adalah Reduced Instruction Set Computing sedangkan CISC adalah Complex Instruction Set Computing . AVR dikelompokkan ke dalam 4 kelas, yaitu ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega, dan keluarga AT86RFxx. Dari kesemua kelas yang membedakan satu sama lain adalah ukuran onboard memori, on-board peripheral dan fungsinya. Dari segiarsitektur dan instruksi yang digunakan mereka bisa dikatakan hampir sama.
2.1.2. Arsitektur ATMega8535
• Saluran IO sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C dan Port D; • ADC 10 bit sebanyak 8 Channel;
• Tiga buah timer / counter dan 32 register; • Watchdog Timer dengan oscilator internal; • SRAM sebanyak 512 byte;
• Memori Flash sebesar 8 kb;
• Sumber Interrupt internal dan eksternal; • Port SPI (Serial Pheriperal Interface); • EEPROM on board sebanyak 512 byte; • Komparator analog;
• Port USART (Universal Shynchronous Ashynchronous Receiver Transmitter );
2.1.3. Fitur ATMega8535
• Sistem processor 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz; • Ukuran memori flash 8KB, SRAM sebesar 512 byte, EEPROM sebesar
512 byte;
• ADC internal dengan resolusi 10 bit sebanyak 8 channel;
• Port komunikasi serial USART dengan kecepatan maksimal 2.5 Mbps; • Mode Sleep untuk penghematan penggunaan daya listrik .
2.1.4. Konfigurasi Pin ATMega8535
• VCC merupakan Pin yang berfungsi sebagai pin masukan catudaya; • GND merupakan Pin Ground;
• Port A (PA0...PA7) merupakan pin I/O dan pin masukan ADC;
• Port B (PB0...PB7) merupakan pin I/O dan pin yang mempunyai fungsi khususyaitu Timer/Counter, komparator Analog dan SPI;
• Port C (PC0...PC7) merupakan port I/O dan pin yang mempunyai fungsi khusus,yaitu komparator analog dan Timer Osilator;
• Port D (PD0...PD1) merupakan port I/O dan pin fungsi khusus yaitu komparator analog dan interrupt eksternal serta komunikasi serial;
• RESET merupakan pin yang digunakan untuk mereset mikrokontroler ; • XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan keristal clock eksternal; • AVCC merupakan pin masukan untuk tegangan;
• ADCAREF merupakan pin masukan tegangan referensi untuk ADC.
2.1.5 Fungsi Interupt dan Reset
Interupsi dan reset, pada dasarnya adalah fungsi panggilan. Tujuan dari bagian ini adalah untuk menggambarkan bagaimana menyela fungsi dan bagaimana me-reset, yang merupakan interupsi khusus, fungsi Interupsi, sebagai nama mereka menyarankan, mengganggu aliran program prosesor dan menyebabkannya bercabang ke sebuah rutin layanan interupsi (ISR) yang melakukan apa yang seharusnya terjadi ketika interupsi terjadi. Interupsi berguna untuk situasi-situasi di mana prosesor harus segera menanggapi interupsi atau dalam kasus-kasus di mana sangat boros untuk prosesor untuk menghitung sebuah perintah. Contoh perlunya tanggapan langsung termasuk menggunakan interupsi untuk melacak waktu (interrupt dapat memberikan tanda centang untuk basis waktu jam) atau tombol off darurat yang segera menghentikan mesin saat terjadi keadaan darurat. Contoh aplikasi yang berguna lainnya interupsi termasuk perangkat seperti keypads atau perangkat input lainnya. Dalam hal kemampuan mikrokontroler untuk instruksi proses, kita manusia sangat lambat. Ini akan menjadi boros untuk prosesor perhitungan keypad dengan harapan bahwa salah satu kita manusia lambat telah menekan tombol. Dalam hal ini, menekan sebuah tombol mungkin menyebabkan interupsi dan mikrokontroler akan kemudian sebentar berhenti sejenak untuk melihat apakah tindakan yang diperlukan itu. Jika penekanan tombol adalah yang pertama dari beberapa yang diperlukan untuk menyebabkan tindakan terjadi, prosesor akan kembali ke tugas sampai cukup kunci telah ditekan untuk memerlukan tindakan.
Menggunakan interupsi membebaskan prosesor dari polling keypad menerus pada tingkat yang banyak, jauh lebih cepat dari yang kita dapat menekan tombol. Semua menyela, termasuk reset, fungsi persis dengan cara yang sama. Setiap interrupt memiliki alamat vektor yang ditugaskan untuk itu rendah di memori program. Compiler menempatkan awal alamat interupsi layanan terkait rutin dan instruksi jump relatif di vector lokasi untuk setiap interrupt.When terjadi interrupt, program selesai mengeksekusi instruksi saat ini dan kemudian cabang ke lokasi vektor yang terkait dengan interupsi itu. Program ini kemudian mengeksekusi instruksi jump relatif terhadap ISR dan mulai dijalankan. Ketika interupsi terjadi, return address (alamat dari instruksi berikutnya yang akan dieksekusi ketika interupsi selesai) disimpan pada
sistem stack. Instruksi terakhir dalam rutin layanan interupsi adalah RETI perakitan pengajaran bahasa, yang merupakan kembali dari mengganggu. Instruksi ini menyebabkan alamat pengirim yang akan muncul dari tumpukan dan Program eksekusi untuk melanjutkan dari titik di mana itu terganggu.
Dalam prosesor AVR, semua menyela memiliki prioritas yang sama. Tidak ada penyisihan untuk satu mengganggu untuk mengganggu interupsi lain, yaitu, satu interupsi tidak dapat memiliki prioritas di atas yang lain mengganggu. Hal ini dimungkinkan, namun, untuk dua interupsi terjadi secara bersamaan. Arbitrase skema, kadang-kadang disebut sebagai prioritas, disediakan untuk menentukan interrupt mengeksekusi dalam kasus ini. Dalam kasus di mana dua interupsi terjadi secara bersamaan, interrupt dengan vektor terendah bernomor akan dieksekusi terlebih dahulu.
Gambar 2.2 Hardware Interupt Program
2.2 Elektro-Pneumatic
Elektro-pneumatik merupakan pengembangan dari pneumatik, dengan prinsip kerjanya memilih energi pneumatik sebagai media kerja (tenaga penggerak) sedangkan media kontrolnya mempergunakan sinyal elektrik ataupun elektronik. Sinyal elektrik dialirkan ke kumparan yang terpasang pada katup pneumatik dengan mengaktifkan saklar, sensor ataupun relay pembatas yang berfungsi sebagai penyambung ataupun pemutus sinyal. Sinyal yang dikirimkan ke kumparan tadi akan
menghasilkan medan elektromagnet dan akan mengaktifkan katup pengatur arah sebagai elemen akhir pada rangkaian kerja pneumatik. Sedangkan media kerja pneumatik akan mengaktifkan atau menggerakkan elemen kerja pneumatik seperti motor-pneumatik atau silinder yang akan menjalankan sistem.
Gambar 2.3 Pneumatic
Sinyal listrik pada teknik kontrol elektro-pneumatik diperlukan dan diproses tergantung pada gerakan langkah kerja elemen kerja. Sinyal listrik ini didapatkan bisa dengan cara mengaktifkan relay atau bisa juga dengan mengaktifkan sensor, misalkan sensor mekanik ataupun elektronik. Sinyal masukan listrik memiliki dua fungsi kerja yaitu “Normally open” (NO, pada kondisi tidak aktif sambungan tidak tersambung), “Normally closed” (NC, kondisi tidak aktif sambungan tersambung) dan “Change Over” (tersambung bergantian, kombinasi dari NO dan NC).
2.3 Sensor
2.3. 1 Sensor Halangan
Dalam hal ini sensor digunakan untuk memberi keadaan pada mikrokontroller sehingga dapat memberi perintah kepada pengunci roda untuk mengunci. Sensor yang digunakan dalam bagian alat ini terdiri dari dua, yaitu LED ( Light Emiting Dioda ) infarmerah sebagai pemancar sinyal inframerah dan Fotodioda sebagai penerima sinyal inframerah tersebut.
2.3.1.1 LED Inframerah
Semua remote kontrol menggunakan transmisi sinyal infra merah yang dimodulasi dengan sinyal carrier dengan frekuensi tertentu yaitu pada frekuensi 30KHz sampai 40KHz. Sinyal yang dipancarkan oleh pengirim diterima oleh penerima infra merah dan kemudian didecodekan sebagai sebuah paket data biner. Pada transmisi infra merah terdapat dua terminologi yang sangat penting yaitu : „space‟ yang menyatakan tidak ada sinyal carrier dan „pulse‟ yang menyatakan ada sinyal carrier seperti pada gambar di bawah ini :
Gambar 2.4 Pulse-space terminologi
Untuk transmisi data bisaanya sinyal ditransmisikan dalam bentuk pulsapulsa. Ketika sebuah tombol ditekan pada remote kontrol maka IR akan mentransmitkan sebuah sinyal yang akan dideteksi sebagai urutan data biner. Led infra merah adalah jenis dioda yang memencarkan cahaya infra merah, aplikasi sederhana penggunaan led infra merah ini adalah pada remote TV. Led infra merah pada dasarnya adalah dioda PN silicon bisaa yang dikemas dalam kotak transparan. Sinar infra merah dihasilkan dari pertemuan Arsenida Galium pada led infra merah yang diberikan tegangan listrik. Led infra merah merupakan salah satu komponen elektronika yang akan mengantar arus jika dialiri bisa maju. Led infra merah terbuat dari bahan Arsenida gelium atau Fosfida Galium (GaAS atau Gap), dan ditempatkan dalam suatu wadah yang tembus pandang. Untuk membedakan antara katoda dan anodanya dapat dilihat dari bentuk elektrodanya yang besar adalah katoda. Material yang digunakan dalam konstruksi led akan menentukan jenis cahaya yang diradiasikan. Apakah cahaya tampak atau cahaya tidak tampak. Sebagai contoh material GaAlAs menghasilkan cahaya infra merah (cahaya tidak tampak), sedangkan GaAsP menghasilkan cahaya tampak merah. Pada sistem ada dua jenis led yang digunakan yaitu sebagai indikator dan juga sebagai komponen pengirim cahaya infra merah.
Berikut rangkaian pengirim infra merah:
Gambar 2.5 Rangkaian pengirim infra merah
2.3.1.2 Fotodioda
Fotodioda adalah jenis dioda yang berfungsi mendeteksi cahaya. Fotodioda merupakan sensor cahaya semikonduktor yang dapat mengubah besaran cahaya menjadi besaran listrik. Fotodioda merupakan sebuah dioda dengan sambungan pn yang dipengaruhi cahaya dalam kerjanya. Cahaya yang dapat dideteksi oleh fotodioda ini mulai dari cahaya infra merah, cahaya tampak, ultra ungu sampai dengan sinar-X.
.
Prinsip kerja dari fotodioda jika sebuah sambungan-pn dibisa maju dan diberikan cahaya padanya maka pertambahan arus sangat kecil sedangkan jika sambungan pn dibisa mundur arus akan bertambah cukup besar. Cahaya yang dikenakan pada fotodioda akan mengakibatkan terjadinya pergeseran foton yang akan menghasilkan pasangan electron-hole dikedua sisi dari sambungan. Ketika elektron-elektron yang dihasilkan itu masuk ke pita konduksi maka elektron-elektron-elektron-elektron itu akan mengalir ke arah positif sumber tegangan sedangkan hole yang dihasilkan mengalir ke arah negatif sumber tegangan sehingga arus akan mengalir di dalam rangkaian. Besarnya pasangan elektron ataupun hole yang dihasilkan tergantung dari besarnya intensitas cahaya yang dikenakan pada fotodioda.
Alat yang mirip dengan fotodioda adalah fototransistor (Phototransistor). Fototransistor ini pada dasarnya adalah jenis transistor bipolar yang menggunakan kontak (junction) base-collector untuk menerima cahaya. Komponen ini mempunyai sensitivitas yang lebih baik jika dibandingkan dengan Fotodioda. Hal ini disebabkan karena elektron yang ditimbulkan oleh foton cahaya pada junction ini diinjeksikan di bagian Base dan diperkuat di bagian Kolektornya. Namun demikian, waktu respons dari fototransistor secara umum akan lebih lambat dari pada fotodioda.
2.4 Komunikasi Bluetooth
Bluetooth merupakan sistem komunikasi radio jarak dekat yang ditujukan untuk menggantikan kabel sebagai penghubung perangkat portable dan atau antar-perangkat elektronik. Keunggulan Bluetooth antara lain robustness (ketahanan yang baik, seperti terhadap interferensi), perangkat yang tidak kompleks, daya yang rendah dan biaya murah. Bluetooth beroperasi di pita frekuensi 2,4 GHz yang merupakan pita unlicensed ISM dengan standar IEE 802.11b. Penggunaan frekuensi hopping pada transceiver digunakan untuk mengurangi terjadinya interferensi dan fading. Untuk mengurangi kompleksitas pada transceiver digunakan sistem modulasi binary. Bluetooth memiliki simbol rate 1 Msymbol/s dengan panjang tiap slot 625 ms. Untuk transmisi full duplex digunakan skema Time-Division Duplex (TDD). Tiap-tiap kanal membawa informasi berupa paket- paket. Setiap paket yang dikirimkan memiliki frekuensi hop yang berbeda.
Protokol Bluetooth menggunakan kombinasi circuit switching dan packet switching. Slot dapat digunakan untuk sistem komunikasi sinkron atau asinkron, baik untuk data maupun voice. Kanal voice mendukung 64 kbps kanal (voice) yang sinkron pada setiap arah. Kanal asinkron dapat mendukung maksimal 723.2 kbps asimetrik (dan sampai 57.6 kbps pada arah sebaliknya) atau 433.9 kbps simetris.
2.4.1 Cara Kerja Bluetooth
Sistem bluetooth terdiri dari sebuah radio transceiver, baseband link Management
dan Control, Baseband (processor core, SRAM, UART, PCM USB Interface), flash
dan voice codec. Baseband link controller menghubungkan perangkat keras radio ke
baseband processing dan layer protokol fisik. Link manager melakukan
aktivitas-aktivitas protokol tingkat tinggi seperti melakukan link setup, autentikasi dan konfigurasi.
Protokol bluetooth menggunakan sebuah kombinasi antara circuit switching dan packet switching. Sebuah perangkat yang memiliki teknologi wireless akan mempunyai kemampuan untuk melakukan pertukaran informasi dengan jarak jangkauan sampai dengan 10 meter (~30 feet), bahkan untuk daya kelas 1 bisa sampai pada jarak 100 meter.
Bluetooth merupakan chip radio yang dimasukkan ke dalam komputer, printer,
handphone dan peralatan lainnya. Chip bluetooth ini dirancang untuk menggantikan kabel. Informasi yang biasanya dibawa oleh kabel dengan Bluetooth ditransmisikan pada frekuensi tertentu kemudian diterima oleh chip Bluetooth kemudian informasi tersebut diterima oleh komputer, handphone dan peralatan lainnya.
Tiga buah lapisan fisik yang sangat penting dalam protokol arsitektur Bluetooth ini adalah :
1. Bluetooth radio, adalah lapisan terendah dari spesifikasi Bluetooth. Lapisan ini mendefinisikan persyaratan yang harus dipenuhi oleh perangkat tranceiver yang beroperasi pada frekuensi 2,4 GHz ISM.
2. Baseband, lapisan yang memungkinkan hubungan Radio Frequency (RF) terjadi antara beberapa unit Bluetooth membentuk piconet. Sistem RF dari
bluetooth ini menggunakan frekuensi-hopping-spread spectrum yang
mengirimkan data dalam bentuk paket pada time slot dan frekuensi yang telah ditentukan, lapisan ini melakukan prosedur pemeriksaan dan paging untuk sinkronisasi transmisi frekuensi hopping dan clock dari perangkat bluetooth yang berbeda.
3. LMP (Link Manager Protocol), bertanggung jawab terhadap link set-up antar perangkat Bluetooth. Hal ini termasuk aspek security seperti autentifikasi dan enkripsi dengan pembangkitan, penukaran dan pemeriksaan ukuran paket dari lapis baseband.
