BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Dasar Teori
Air merupakan faktor penting dalam pemenuhan kebutuhan vital bagi mahluk hidup diantaranya sebagai air minum atau keperluan rumah tangga lainnya. Air yang digunakan harus bebas dari kuman penyakit dan tidak mengandung bahan beracun. Sumber air minum yang memenuhi syarat sebagai air baku air minum jumlahnya makin lama makin berkurang sebagai akibat ulah manusia sendiri baik sengaja maupun tidak disengaja.
Air adalah zat atau materi atau unsur yang penting bagi semua bentuk kehidupan yang diketahui sampai saat ini di bumi, tetapi tidak di planet lain. Air menutupi hampir 71% permukaan bumi. Terdapat 1,4 triliun kubik (330 juta mil³) tersedia di bumi.
Air yang bersih sangat penting bagi kehidupan manusia dan alam sekitar, Di banyak tempat di dunia terjadi kekurangan persediaan air. Selain di bumi, sejumlah besar air juga diperkirakan terdapat pada kutub utara dan selatan planet Mars, serta pada bulan-bulan Eropa dan Enceladus. Air dapat berwujud padatan (es), cairan (air) dan gas (uap air). Air merupakan satu-satunya zat yang secara alami terdapat di permukaan bumi dalam ketiga wujudnya tersebut.
negara. Semakin tinggi taraf kehidupan seseorang semakin meningkat pula kebutuhan manusia akan air. Jumlahpenduduk dunia setiap hari bertambah, sehingga mengakibatkan jumlah kebutuhan air (Suriawiria,1996: 3).
Berdasarkan Keputusan Menteri Kesehatan Republik Indonesia Nomor 1405/menkes/sk/xi/2002 tentang Persyaratan Kesehatan Lingkungan Kerja Perkantoran dan industri terdapat pengertian mengenai Air Bersih yaitu air yang dipergunakan untuk keperluan sehari-hari dan kualitasnya memenuhi persyaratan kesehatan air bersih sesuai dengan peraturan perundang-undangan yang berlaku dan dapatdiminum apabila dimasak.
Bagi manusia kebutuhan akan air sangat mutlak karena sebenarnya zat pembentuk tubuh manusia sebagian besar terdiri dari air yang jumlahnya sekitar 73% dari bagian tubuh. Air di dalam tubuh manusia berfungsi sebagai pengangkut dan pelarut bahan-bahan makanan yang penting bagi tubuh. Sehingga untuk mempertahankan kelangsungan hidupnya manusia berupaya mendapatkan air yang cukup bagi dirinya (Suharyono, 1996). Dalam menjalankan fungsi kehidupan sehari-hari manusia amat tergantung pada air, karena air dipergunakan pula untuk mencuci, membersihkan peralatan, mandi, dan lain sebagainya. Manfaat lain dari air berupa pembangkit tenaga, irigasi, alat transportasi, dan lain sebagainya yang sejenis dengan ini. Semakin maju tingkat kebudayaan masyarakat maka penggunaan air makin meningkat.
2.2 Sensor HC-SR04
HCSR adalah seri dari sensor jarak dengan gelombang ultrasonic, dimana didalam sensor terdapat dua bagian yaitu receiver dan transmitter yang mempunyai fungsi sebagai penghasil gelombang dan penerima gelombang. Sensor Ultrasonik memiliki range 2cm-400cm, kisaran akurasi mencapai 3mm. Sensor ini biasanya dipakai untuk mengukur jarak, dalam alat ini sensor ini dipakai untuk mengukur jarak ketinggian antara wadah dan air lalu diprogram untuk mencari volumenya.[6]
Gambar 2.1. Sensor HC-SR04
Disamping merupakan bentuk fisik dari sensor ultrasonic, HC-SR04 yang mempunyai 4 pin. Satu pin VCC sebagai pin masukan tegangan dan di imbangi pin GND untuk grounding, sedangkan dua pin sisanya adalah trigger dan echo pin yang akan mempengaruhi gelombang ultrasonic itu sendiri, berikut empat pin tersebut :
1. 5V supply
Untuk menghubungkan sensor HC-SR04 cukup menghubungkan pin VCC dan GND ke +5 V dan GND arduino serta pin Trigger dan Echo terhubung dengan pin digital arduino.[6]
2.2.1 Prinsip Kerja
1. Masukan trigger dibutuhkan untuk memulai perhitungan jarak. Pada pin trigger digunakan untuk memberikan sinyal level tinggi selama 10uS high level signal.
2. Maka modul ini akan mengirim pulsa burst sebanyak 8 cycle atau 40 kHz dan menunggu sinyal kembali di pin echo.
3. Pin echo digunakan untuk mendeteksi sinyal yang kembali dan menyatakan jarak sensor terhadap objek yang proporsional antara jarak dengan lebar pulsa.
4. Jarak dikalkulasikan antara interval waktu dengan signal trigger yang dikirim dan signal echo yang diterima.
Prinsip kerja dari sensor HC-SR04 dapat ditunjukkan dalam gambar dibawah ini :
Gambar 2.2. Prinsip Kerja Sensor HC-SR04
a.Pemancar Ultrasonik (Transmitter)
Pemancar Ultrasonik ini berupa rangkaian yang memancarkan sinyal sinusoidal berfrekuensi di atas 20 KHz menggunakan sebuah transducer transmitter ultrasonik
Prinsip kerja dari rangkaian pemancar gelombang ultrasonik tersebut adlah sebagai berikut :
1. Sinyal 40 kHz dibangkitkan melalui mikrokontroler.
2. Sinyal tersebut dilewatkan pada sebuah resistor sebesar 3kOhm untuk pengaman ketika sinyal tersebut membias maju rangkaian dioda dan transistor.
3. Kemudian sinyal tersebut dimasukkan ke rangkaian penguat arus yang merupakan kombinasi dari 2 buah dioda dan 2 buah transistor.
4. Ketika sinyal dari masukan berlogika tinggi (+5V) maka arus akan melewati dioda D1 (D1 on), kemudian arus tersebut akan membias transistor T1, sehingga arus yang akan mengalir pada kolektotr T1 akan besar sesuai dari penguatan dari transistor.
5. Ketika sinyal dari masukan berlogika tinggi (0V) maka arus akan melewati dioda D2 (D2 on), kemudian arus tersebut akan membias transistor T2, sehingga arus yang akan mengalir pada kolektotr T2 akan besar sesuai dari penguatan dari transistor.
6. Resistor R4 dan R6 berfungsi untuk membagi tengangan menjadi 2,5 V. Sehingga pemancar ultrasonik akan menerima tegangan bolak – balik dengan Vpeak-peak adalah 5V (+2,5 V s.d -2,5 V).[7]
b. Penerima Ultrasonik (Receiver)
rangkaian band pass filter (penyaring pelewat pita), dengan nilai frekuensi yang dilewatkan telah ditentukan. Kemudian sinyal keluarannya akan dikuatkan dan dilewatkan ke rangkaian komparator (pembanding) dengan tegangan referensi ditentukan berdasarkan tegangan keluaran penguat pada saat jarak antara sensor kendaraan mini dengan sekat/dinding pembatas mencapai jarak minimum untuk berbelok arah. Dapat dianggap keluaran komparator pada kondisi ini adalah high (logika ‘1’) sedangkan jarak yang lebih jauh adalah low (logika’0’). Logika-logika biner ini kemudian diteruskan ke rangkaian pengendali (mikrokontroler).[7]
Gambar 2.4. Rangkaian Penerima Gelombang Ultrasonik
Prinsip kerja dari rangkaian pemancar gelombang ultrasonik tersebut adalah sebagai berikut :
2. Kemudian sinyal tersebut akan di filter menggunakan High pass filter pada frekuensi > 40kHz oleh rangkaian transistor Q1.
3. Setelah sinyal tersebut dikuatkan dan di filter, kemudian sinyal tersebut akan disearahkan oleh rangkaian dioda D1 dan D2.
4. Kemudian sinyal tersebut melalui rangkaian filter low pass filter pada frekuensi < 40kHz melalui rangkaian filter C4 dan R4.
5. Setelah itu sinyal akan melalui komparator Op-Amp pada U3.
6. Jadi ketika ada sinyal ultrasonik yang masuk ke rangkaian, maka pada komparator akan mengeluarkan logika rendah (0V) yang kemudian akan diproses oleh mikrokontroler untuk menghitung jaraknya.[7
Perhitungan Jarak HCSR punya rumus L X C
Dimana : L : Ukuran Jarak
C : Kecepatan gelombang Ultrasonik T : Waktu referensi relatifnya
2.3 Mikrokontroler ATmega8535
a. Tersedia I/O
I/O dalam mikrokontroler sudah tersedia PORT input dan output b. Memori Internal
Memori merupakan media untuk menyimpan program dan data sehingga mutlak harus ada. Mikroprosesor belum memiliki memori internal sehingga memerlukan IC memori eksternal. Dengan kelebihan-kelebihan di atas, ditambah dengan harganya yang relative murah sehingga banyak penggemar elekronika yang kemudian beralih kemikrokontroler.Namun demikian masih memiliki berbagai kelemahan , mikroprosesor tetap digunakan sebagai dasar dalam mempelajari mikrokontroler.Inti kerja dari keduanya adalah sama , yakni sebagai pengendalu suatu sistem.
Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa ATmega8535 memiliki spesifikasi sebagai berikut :
1. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B , Port C , Port D. 2. ADC 10bit sebanyak 8 saluran.
3. Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan pembandingan. 4. CPU yang terdiri atas 32 buah register
5. Watchdog Timer dengan osilator internal. 6. SRAM sebesar 512 byte.
7. Memori Flash sebesar 8 kb dengan kemampuan Read While Write. 8. Unit interupsi internal dan eksternal.
9. Port antarmuka SPI.
10.EEPROM sebesar 512 byte yang dapat deprogram saat operasi. 11.Antarmuka komparator analog.
12.Port USART untuk komunikasi serial.
contoh adalah ATmega8535. Memiliki teknologi RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz membuat ATmega8535 lebih cepat bila dibandingkan dengan varian MCS51. Dengan fasilitas yang lengkap tersebut menjadikan ATmega8535 sebagai mikrokontroler yang powerfull.Adapun blok diagramnya sebagai berikut:
2.3.1 Konfigurasi ATMega8535
Gambar 2.6 Konfigurasi Pin ATMega8535
untuk ADC.Untuk lebih jelasnya, (konfigurasi pin Atmega8535 dapat dilihat pada gambar 2.5.
Berikut ini adalah susunan pin-pin dari Atmega8535;
• VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukkan catu daya
• GND merupakan pin ground
• Port A (PA0..PA7) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC
• Port B (PB0..PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus,
yaitu Timer/Counter, Komparator Analog, dan SPI
• Port C (PC0..PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus,
yaitu TWI, Komparator Analog, dan Timer Oscilator
• Port D (PD0..PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus,
yaitu Komparator Analog, Interupsi Iksternal dan komunikasi serial USART
• Reset merupakan pin yang digunakan untuk mereset mikrokontroler
• XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukkan clock eksternal
(osilator menggunakan kristal, biasanya dengan frekuensi 11,0592 MHz).
2.3.2. Port-Port Pada ATMega8535 Dan Fungsinya
o Port A
digunakan. Bit-bit DDRA diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port A yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, kedelapan pin port A juga digunakan untuk masukan sinyal analog bagi A/D converter.
o Port B
Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer Port B dapat memberi arus 20 mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port B (DDRB) harus disetting terlebih dahulu sebelum Port B digunakan. Bit-bit DDRB diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port B yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Pin-pin port B juga memiliki untuk fungsi-fungsi alternatif khusus seperti yang dapat dilihat dalam tabel berikut.
o Port C
o Port D
Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer Port D dapat memberi arus 20 mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port D (DDRD) harus disetting terlebih dahulu sebelum Port D digunakan. Bit-bit DDRD diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port D yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, pin-pin port D juga memiliki untuk fungsi-fungsi alternatif khusus seperti yang dapat dilihat dalam tabel berikut
2.4 Peta Memori ATMega8535
ATMega8535 memiliki dua jenis memori yaituProgram Memory dan Data Memoryditambah satu fitur tambahan yaitu EEPROMMemory untuk penyimpan data.
2.4.1. Program Memory
ATMEGA 8535 memiliki On-Chip In-System Reprogrammable Flash Memory untuk menyimpan program.Untuk alasan keamanan, program memory dibagi menjadi dua bagian, yaitu Boot Flash Section dan Application Flash Section.Boot Flash Section digunakan untuk menyimpan program Boot Loader, yaitu program yang harus dijalankan pada saat AVR reset atau pertama kali diaktifkan.
deprogram dari 128 word sampai 1024 word tergantung setting pada konfigurasi bit di register BOOTSZ. Jika Boot Loader diproteksi, maka program pada
Application Flash Section juga sudah aman.
2.4.2 Data Memory
Gambar berikut menunjukkan peta memori SRAM pada ATMEGA 8535. Terdapat 608 lokasi address data memori. 96 lokasi address digunakan untuk Register File dan I/O Memory sementara 512 likasi address lainnya digunakan untuk internal data SRAM. Register file terdiri dari 32 general purpose working register, I/O register terdiri dari 64 register.
2.4.3. EEPROM Data Memory
ATMEGA 8535 memiliki EEPROM 8 bit sebesar 512 byte untuk menyimpan data. Loaksinya terpisah dengan system address register, data register dan control register yang dibuat khusus untuk EEPROM. Alamat EEPROM dimulai dari $000 sampai $1FF.
Gambar 2.9 EEPROM Data Memory
2.4.4. Status Register (SREG)
Status register adalah register berisi status yang dihasilkan pada setiap operasi yangdilakukan ketika suatu instruksi dieksekusi. SREG merupakan bagian dari inti CPUmikrokontroler.
• Bit 7 – I : Global Interrupt Enable
Jika bit Global Interrupt Enable diset, maka fasilitas interupsi dapat dijalankan. Bit ini akanclear ketika ada interrupt yang dipicu dari hardware, setelah program interrupt dieksekusi,maka bit ini harus di set kembali dengan instruksi SEI.
• Bit 6 – T : Bit Copy Storage
Instruksi bit copy BLD dan BST menggunakan bit T sebagai sumber atau tujuan dalamoperasi bit.
• Bit 5 – H: Half Carry Flag
• Bit 4 – S : Sign Bit
Bit S merupakan hasil exlusive or dari Negative Flag N dan Two’s Complement OverflowFlag V.
• Bit 3 – V : Two’s Complement Overflow Flag
Digunakan dalam operasi aritmatika
• Bit 2 – N : Negative Flag
Jika operasi aritmatika menghasilkan bilangan negatif, maka bit ini akan set.
• Bit 1 – Z : Zero Flag
Jika operasi aritmatika menghaslkan bilangan nol, maka bit ini akan set.
• Bit 0 – C : Carry Flag
2.5 LCD
Liquid Crystal Display (LCD) merupakan sebuah alat yang digunakan untuk menampilkan data berupa tulisan dan karakter. Kegunaan LCD dalam perancangan suatu sistem yang menggunakan mikrokontroler untuk menampilkan suatu nilai hasil sensor, menampilkan teks, atau menampilkan menu pada aplikasi mikrokontroler. LCD yang digunakan adalah jenis LCD M1632. LCD ini memiliki 16x2 karakter yang artinya LCD tersebut terdiri dari 16 kolom dan 2 baris karakter (tulisan). Didalam alat ukur ini LCD dihubungkan dengan Arduino UNO sebagai tampilan. Berikut adalah pin dari LCD 16 X 2
Tabel 2.1. Pin dari LCD 16x2
No Kaki/Pin Nama Keterangan
12 D5 Data Bus 5
13 D6 Data Bus 6
14 D7 Data Bus 7
15 Anoda Tegangan backlight positif
16 Katoda tegangan backlight Negatif
Pin LCD nomor 4 (RS) merupakan Register Selector yang berfungsi untuk memilih Register Kontrol atau Register Data. Register kontrol digunakan untuk mengkonfigurasi LCD. Register Data digunakan untuk menulis data karakter ke memori display LCD. Pin LCD nomor 5 (R/W) digunakan untuk memilih aliran data apakah READ ataukah WRITE. Karena kebanyakan fungsi hanya untuk membaca data dari LCD dan hanya perlu menulis data saja ke LCD, maka kaki ini dihubungkan ke GND (WRITE). Pin LCD nomor 6 (ENABLE) digunakan untuk mengaktifkan LCD pada proses penulisan data ke Register Kontrol dan Register Data LCD.
Menyambungkan LCD dengan Board Arduino
• Pin RS (kaki 4) di sambungkan dengan pin arduino digital pin 12
• Pin E (kaki 6) di sambungkan dengan pin arduino digital pin 11
• Pin D4 (kaki 11) di sambungkan dengan pin arduino digital pin 5
• Pin D5 (kaki 12) di sambungkan dengan pin arduino digital pin 4
• Pin D6 (kaki 13) di sambungkan dengan pin arduino digital pin 3
• Pin D7 (kaki 14) di sambungkan dengan pin arduino digital pin 2
• sambungkan potensio 10 KOhm ke +5v dan GND , dan Pin LCD 3 ke
potensio
• Pin 5 (R/W) ke Ground.[5]
2.6 Relay
2.6.1 Prinsip Kerja Relay
2.12 Rela
