Sistem Kontrol Alat Ukur Fluida Menggunakan Water Flow Sensor Yf-S201

BAB 2

LANDASAN TEORI

2.1 Water Flow Sensor Yf-S201

Sensor aliran air ini terbuat dari palstik dimana didalamnya terdapat rotor

dan sensor hall effect.Saat mengalir melewati rotor, rotor akan berputar. Kecepatan putaran ini akan sesuai dengan besarnya aliran air. Sensor berbasis hall effectini dapat digunakan untuk mendeteksi aliran air hingga 30 liter/menit (1.800 L/hour), dapat digunakan dalam pengendalian aliran air pada sistem distribusi air,

sistem pendinginan berbasis air, dan aplikasi lainnya yang membutuhkan

pengecekan terhadap debit air.

Prinsip kerja sensor ini adalah dengan memanfaatkan fenomena hall effect..hall effect ini didasarkan pada efek medan magnetik terhadap partikel bermuatanyang bergerak. Ketika ada arus listrik yang mengalir pada divais hall effectyang ditempatkan dalam medan magnet yang arahnya tegak lurus arus listrik, pergerakan pembawa muatan akan berbelok ke salah satu sisi dan

menghasilkan medan listrik. Medan listrik terus membesar hingga gaya Lorentz

yang bekerja pada partikel menjadi nol. Perbedaan potensial antara kedua sisi

divais tersebut disebut potensial Hall. Potensial Hall ini sebanding dengan medan

magnet dan arus listrik yang melalui divais.

Ketika mengukur aliran bahan yangmempunyai tekanan, aliran volumetrik

tidak terlalu berarti, kecuali kepadatan adalah konstan. Ketika kecepatan

(volumetric aliran) dari cairan mampat diukur,factor gelembung udara akan

menyebabkan kesalahan, karena itu, udara dan gasharus dipindahkan sebelum

mencapai fluida meter, Tidak semua fluida yang berpindah dinamakan fluida

bergerak.Yangdimaksud fluida bergerak adalah jika fluida tersebut bergerak lurus terhadapsekitar.Aliran fluida dikatakan aliran garis lurus apabila aliran fluida

yangmengalir mengikuti suatu garis (lurus melengkung) yang jelas ujung

pangkalnya._{Aliran garis lurus juga disebut aliran berlapis atau aliran laminar}

Gambar 2.1 water flow sensor Yf-S201

Fitur:

 Debit air yang dapat diukur: 1 - 30 Ltr / menit

 Maksimum tekanan air: 2 MPa

 Tekanan hidrostatik / Hydrostatic Pressure: ≤ 1,75 MPa  Catu daya antara 4,5 Volt hingga 18 Volt DC

 Arus: 15 mA (pada Vcc = 5V)

 Kapasitas beban: kurang dari 10 mA (pada Vcc = 5V)

 Maksimum suhu air (water temperature usage): 80°C

 Rentang Kelembaban saat beroperasi: 35% - 90% RH (no frost)  Duty Cycle: 50%±10%

 Periode signal (output rise / fall time): 0.04µs / 0.18µs  Diameter penampang sambungan: 0,5 inch (1,25 cm)

 Amplitudo: Low ≤ 0,5V, High ≥ 4,6 Volt

 Kekuatan elektrik (electric strength): 1250 V / menit  Hambatan insulasi: ≥ 100 MΩ

 Material: PVC

 Tipe sensor hall effect  Akurasi ±10%

2.2 Mikrokontroller8 ATMega16

Microcontrollermerupakan suatu sistem komputer yang seluruh atau sebagian besar elemennya dikemas dalam satu chip IC,sehingga sering juga disebut dengan single chip microcomputer.Microcontroller biasa dikelompokkan dalam satu keluarga, masing-masing microcontroller mempunyai spesifikasi tersendiri namun masih kompatibel daam pemrogramannya.

ATMega16 merupakan mikrokontroler CMOS 8-bit buatan Atmel

keluarga AVR. AVR mempunyai 32 register general-purpose, timer/counter

dengan metode compare, interrupt eksternal dan internal, serial UART,

progammable Watchdog Timer, ADC dan PWM internal.AVR dapat

dikelompokkan menjadi empat kelas, yaitu keluarga Attiny, keluarga AT902xx,

keluarga Atmega, dan keluarga AT86RFxx.Pada dasarnya yang membedakan

masing-masing kelas adalah memori, peripheral, dan fungsinya.Silahkan buka

www.atmel.com untuk informasi lebih lanjut tentang berbagai variasi AVR.Untuk

mikrokontroler AVR yang berukuran lebih kecil, silahkan mencoba Atmega8,

Attiny2313 dengan ukuran Flash Memory 2KB dengan dua input

analog.Mikrokontroler pada dasarnya diprogram dengan bahasa assembler.tetapi

saat ini mikrokontroler dapat diprogram dengan menggunakan bahasa tingkat

tinggi sepert BASIC, PASCAL atau C.

Didalam mikrokontroler Atmega16 terdiri dari:

 Saluran I/O ada 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, dan Port D.  ADC (Analog to Digital Converter) 10 bit sebanyak 8 channel.  Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan perbandingan.  CPU yang terdiri dari 32 register.

 131 intruksi andal yang umumnya hanya membutuhkan 1 siklus clock.  Watchdog Timer dengan oscilator internal.

 Dua buah Timer/Counter 8 bit.  Satu buah Timer /Counter 16 bit.

 Tagangan operasi 2.7 V - 5.5 V pada Atmega16.  Internal SRAM sebesar 1KB.

 Memory Flash sebesar 16KB dengan kemampuan Read While Write.  Unit interupsi internal dan eksternal.

 Port antarmuka SPI.

 EEPROM sebesar 512 byte dapat diprogram saat operasi.  Antar muka komparator analog.

 4 channel PWM.

 32x8 general purpose register.

 Hampir mencapai 16 MIPS pada Kristal 16 MHz.  Port USART programmable untuk komunikasi serial.

2.2.1 Konfigurasi Pin ATmega16

Atmega 16 memepunyai kaki standart 40 pin PID yang mempunyai fungsi sendiri-sendiri.

1. VCC merupakan pin masukan positif catudaya. Setiap peralatan

elektronika digital tentunya butuh sumber catu daya yang umumnya

sebesar 5 V, itulah sebabnya di PCB kit rangkaian mikrokontroler selalu

dipasang IC regulator 7805.

2. GND sebagai PIN ground.

3. Port A (PA0 ... PA7) merupakan pin I/O dua arah dan dapat diprogram

4. Port B (PB0 ... PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus,

yaitu Timer/Counter, Komparator Analog, dan SPI.

5. Port C (PC0 ... PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus,

yaitu TWI, komparator analog, dan Timer Oscilator.

6. Port D (PD0 ... PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus,

yaitu komparator analog, interupsi eksternal, dan komunikasi serial.

7. Reset merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler ke

kondisi semula.

8. XTAL 1 dan XTAL 2 sebagai pin masukan clock eksternal. Suatu

mikrokontroler membutuhkan sumber detak (clock) agar dapat

mengeksekusi intruksi yang ada di memori. Semakin tinggi nilai

kristalnya, maka semakin cepat pula mikrokontroler tersebut dalam

mengeksekusi program.

9. AVCC sebagai pin masukan tegangan untuk ADC.

10.AREF sebagai pin masukan tegangan referensi.

2.2.2 Port Sebagai Input/Output Digital

ATMega16 mempunyai empat buah port yang bernama PortA, PortB,

PortC, dan PortD. Keempat port tersebut merupakan jalur bidirectional dengan

pilihan internal pull-up. Tiap port mempunyai tiga buah register bit, yaitu DDxn,

PORTxn, dan PINxn. Huruf ‘x’mewakili nama huruf dari port sedangkan huruf

‘n’ mewakili nomor bit. Bit DDxn terdapat pada I/O address DDRx, bit PORTxn

terdapat pada I/O address PORTx, dan bit PINxn terdapat pada I/O address PINx.

Bit DDxn dalam register DDRx (Data Direction Register) menentukan arah pin.

Bila DDxn diset 1 maka Px berfungsi sebagai pin output. Bila DDxn diset 0 maka

Px berfungsi sebagai pin input. Bila PORTxn diset 1 pada saat pin terkonfigurasi

sebagai pin input, maka resistor pull-up akan diaktifkan. Untuk mematikan

resistor pull-up, PORTxn harus diset 0 atau pin dikonfigurasi sebagai pin output.

Pin port adalah tri-state setelah kondisi reset.

Bila PORTxn diset 1 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin output maka

sebagai pin output maka pin port akan berlogika 0. Saat mengubah kondisi port

dari kondisi tri-state (DDxn=0, PORTxn=0) ke kondisi output high (DDxn=1,

PORTxn=1) maka harus ada kondisi peralihan apakah itu kondisi pull-up

enabled (DDxn=0, PORTxn=1) atau kondisi output low (DDxn=1, PORTxn=0).

Biasanya, kondisi pull-up enabled dapat diterima sepenuhnya, selama lingkungan

impedansi tinggi tidak memperhatikan perbedaan antara sebuah strong high

driver dengan sebuah pull-up. Untuk lebih jelasnya, dapat dilihat pada gambar

berikut.

Gambar 2.3 Port Input/Output Digital

2.2.3 Peta Memori

AVR ATMega16 memiliki ruang pengalamatan memori data dan memori

program yang terpisah. Memori data terbagi menjadi 3 bagian, yaitu 32 buah

register umum, 64 buah register I/O, dan 1kb SRAM internal.

Register keperluan umum menempati space data pada alamat terbawah, yaitu

$00 sampai $1F. Sementara itu, register khusus untuk menangani I/O dan kontrol

terhadap mikrokontroler menempati 64 alamat berikutnya, yaitu mulai dari $20

mengatur fungsi terhadap berbagai peripheral mikrokontroler,

seperti kontrol register, timer/counter, fungsi – fungsi I/O, dan sebagainya.

Alamat memori berikutnya yang digunakan untuk SRAM 1kb, yaitu pada lokasi

$60 sampai dengan $45F.Konfigurasi memori data ditunjukan pada gambar

berikut.

Gamabar 2.4 Peta Memori

Mikrokontroler disini digunakan sebagai komunikasi antara komputer

dengan Plant, dimana digunakan komunikasi serial RS232 sebagai komunikasi

antara Mikrokontroler dengan Komputer.

2.2.4 Pulse Width Modulation (PWM)

PWM atau modulasi lebar pulsa adalah salah satu keunggulan dari

Timer/Counter yang terdapat pada ATMega16.Ketiga jenis Timer/Counter pada

ATMega32 dapat menghasilkan pulsa PWM.Pulsa PWM adalah sederetan pulsa

yang lebar pulsanya dapat diatur.Pulsa PWM berfungsi mengatur kecepatan motor

DC, mengatur gelap terang LED dan lain sebagainya.

Untuk memahami penggunaan PWM, disini digunakan Timer/Counter 1

sebagai PWM. PWM adalah Timer Mode Output Compare yang canggih.Mode

PWM timer juga dapat mencacah turun yang berlawanan dengan mode Timer

Timer mencacahnaik hingga mencapai nilai TOP, yaitu 0xFF untuk PWM 8 bit.

Timer/Counter 1 memiliki PWM 9 bit dan PWM 10 bit, selain PWM 8 bit.

Pemilihan Timer Mode PWM diseting melalui bit WGM01 dan bit WGM00 pada

register TCCR0. Tabel Konfigurasi Bit WGM01 dan WGM00 dapat dilihat pada

tabel berikut.

Sebagai penggunaan mode PWM Timer / Counter 0, keluaran sinyal PWM

terletak pada pin OC0 sehingga pada contoh ini LED diletakkan pada pin OC0.

Ketika nilai TCNT0 sama dengan nilai pada OCR0, maka output pada OC0 akan

berlogika nol atau berlogika satu, tergantung pada pemilihan mode PWM. Anda

dapat memilih mode normal atau mode inverted PWM. Pemilihan mode PWM

diseting melalui bit COM01 dan bit COM00 pada register TCCR0 yang

konfigurasinya seperti tabel berikut.

Tabel Konfigurasi Bit COM01 dan COM00 Compare Output Mode Phase Correct

PWM

Dari tabel diatas dapat diketahui saat COM00 clear dan COM01 set, pin

OC0 clear saat timer mencacah diatas Compare Match dan pin OC0 set saat timer

COM00 set dan COM01 juga set, maka pin OC0 set saat timer mencacah diatas

Compare Match dan pin OC0 clear saat mencacah dibawah Compare Match atau

disebut juga inverting PWM.

2.3 Relay

Relay adalah Saklar (Switch) yang dioperasikan secara listrik dan merupakan komponen Electromechanical (Elektromekanikal) yang terdiri dari 2

bagian utama yakni Elektromagnet (Coil) dan Mekanikal (seperangkat Kontak

Saklar/Switch). Relay menggunakan Prinsip Elektromagnetik untuk

menggerakkan Kontak Saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi.

Relay terdiri dari 4 komponen dasar yaitu :

1. Electromagnet (Coil)

2. Armature

3. Switch Contact Point (Saklar)

Beberapa fungsi Relay yang telah umum diaplikasikan kedalam peralatan

Elektronika diantaranya adalah :

 Relay digunakan untuk menjalankan Fungsi Logika (Logic Function)  Relay digunakan untuk memberikan Fungsi penundaan waktu (Time Delay

Function)

 Relay digunakan untuk mengendalikan Sirkuit Tegangan tinggi dengan bantuan dari Signal Tegangan rendah.

 Ada juga Relay yang berfungsi untuk melindungi Motor ataupun komponen lainnya dari kelebihan Tegangan ataupun hubung singkat

(Short).

2.4 Key Pad 3x4

Keypad merupakan komponen elektronik yang digunakan sebagai

masukan, disususun dari beberapa tombol/switch dengan teknik matrix.keypad

merupakan tombol-tombol yang dirangkai menjadi sebuah paket dengan teknik

menghubungkan satu tombol dengan tombol yang la15in dengan teknik matrix.

Teknik matrix adalah bisa dikatakan array, memiiki kolom dan baris lebih dari

satu.

Penyusun tombol pada keypad dapat dibuat dari bermacam-macam

bahan/komponen, seperti switch metal, switch karbon, dan resistif/kapasitif (touch

panel). Penggunaan bahan tersebut disesuaikan dengan kebutuhan akan sensifitas,

aksi penekanan, dan kebutuhan akan suatu tombol khusus.

2.5 LCD 16X2

LCD 16×2 adalah salah satu penampil yang sangat populer digunakan

sebagai interface antara mikrokontroler dengan user nya. Dengan penampil LCD

16×2 ini user dapat melihat/memantau keadaan sensor ataupun keadaan jalanya

program. Penampil LCD 16×2 ini bisa di hubungkan dengan mikrokontroler apa

saja. Salah satunya dari keluarga AVR ATMega baik ATMega32,ATMega16

ataupun ATMega8535 dan ATMega 8.

Gambar 2.6 LCD 16x2

Berikut ini adalah skematik diagram / rangkaian LCD 16×2 :

dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa LCD 16×2 mempunya 16 pin. sedangkan

pengkabelanya adalah sebagai berikut :

1. Kaki 1 dan 16 terhubung dengan Ground (GND)

3. Kaki 3 dari LCD 16×2 adalah pin yang digunakan untuk mengatur kontras

kecerahan LCD. Jadi kita bisa memasangkan sebuah trimpot 103 untuk

mengatur kecerahanya.Pemasanganya seperti terlihat pada rangkaian

tersebut. Karena LCD akan berubah kecerahanya jika tegangan pada pin 3

ini di turunkan atau dinaikan.

4. Pin 4 (RS) dihubungkan dengan pin mikrokontroler

5. Pin 5 (RW) dihubungkan dengan GND

6. Pin 6 (E) dihubungkan dengan pin mikrokontroler

7. Sedangkan pin 11 hingga 14 dihubungkan dengan pin mikrokontroler

sebagai jalur datanya.

2.6 IC Regulator 7805

Regulator ini menghasilkan tegangan output stabil 5 Volt dengan syarat

tegangan input yang diberikan minimal 7-8 Volt (lebih besar dari tegangan output)

sedangkan batas maksimal tegangan input yang diperbolehkan dapat dilihat pada

datasheet IC 78XX karena jika tidak maka tegangan output yang dihasilkan tidak