BAB II DASAR TEORI
2.1Termoelektrik
2.1.1 Sejarah Singkat Termoelektrik
Fenomena termoelektrik pertama kali ditemukan tahun 1821 oleh ilmuwan
Jerman, Thomas Johann Seebeck. Ia menghubungkan tembaga dan besi dalam
sebuah rangkaian. Di antara kedua logam tersebut lalu diletakkan jarum kompas.
Ketika sisi logam tersebut dipanaskan, jarum kompas ternyata bergerak.
Belakangan diketahui, hal ini terjadi karena aliran listrik yang terjadi pada logam
menimbulkan medan magnet. Medan magnet inilah yang menggerakkan jarum
kompas. Fenomena tersebut kemudian dikenal dengan efek Seebeck.
Penemuan Seebeck ini memberikan inspirasi pada Jean Charles Peltier
untuk melihat kebalikan dari fenomena tersebut. Dia mengalirkan listrik pada dua
buah logam yang direkatkan dalam sebuah rangkaian. Ketika arus listrik dialirkan,
terjadi penyerapan panas pada sambungan kedua logam tersebut dan pelepasan
panas pada sambungan yang lainnya. Pelepasan dan penyerapan panas ini saling
berbalik begitu arah arus dibalik. Penemuan yang terjadi pada tahun 1934 ini
kemudian dikenal dengan efek Peltier. Efek Seebeck dan Peltier inilah yang
kemudian menjadi dasar pengembangan teknologi termoelektrik.
2.2Efek-Efek Pendinginan Termoelektrik 2.2.1 Efek Seebeck
Efek Seebeck pertama kali diamati oleh dokter Thomas Johan Seebeck,
padatahun 1821, ketika ia mempelajari fenomena ini terdiri dalam produksi
tenaga listrik antara dua semikonduktor ketika diberikan perbedaan suhu. Panas
dipompa ke satu sisi pasangan dan ditolak dari sisi berlawanan. Sebuah arus listrik
Perbedaan suhu dingin diseluruh converter menghasilkan arus searah ke beban
menghasilkan tegangan terminal dan arus terminal. Tidak ada energi mencegah
proses konversi. Untuk alasan ini, pembangkit listrik termoelektrik
diklasifikasikan langsung sebagai daya konversi.
Efek seebek terjadi ketika suatu logam dengan beda temperatur antara
kedua ujungnya. Seperti gambar 2.1 Ketika logam tersebut di sambung, maka
akan terjadi beda potensial diantara kedua ujungnya.
Gambar 2.1 Skema Efek Seebek pada suatu bahan
Koefisien seebeck (S) disebut juga daya termoelektrik, seperti pada
persamaan berikut:
�
=
���� (2.1)
Keterangan:
S = Koefisien seebeck [Volt/o
��� = Potential termoelektri terinduks i [Volt]
K]
2.2.2 Efek Joule
Perpindahan panas dari sisi dalam pendingin ke sisi luarnya akan
mengakibatkan timbulnya arus listrik dalam rangkaian tersebut karena adanya
efek seebeck, maka hal inilah yang dinamakan efek joule. Dalam hal ini sesuai
dengan hukum ohm, efek joule dirumuskan pada persamaan berikut:
Qj = I2
2.2.3 Efek Konduksi
Panas akan merambat secara konduksi dari permukaan yang panas ke
permukaan yang dingin. Perambatan tersebut bersifat irreversible dan disebut efek
konduktivitas. Besarnya perambatan tersebut dinyatakan dalam persamaan:
qc = U.(Th-Tc
Jean Charles Peltier pada tahun 1834 telah mendasari efek termoelektrik.
Dia mengalirkan listrik pada dua buah logam yang direkatkan dalam sebuah
rangkaian. Ketika arus listrik dialirkan, terjadi penyerapan panas pada sambungan
kedua logam tersebut dan pelepasan panas pada sambungan yang lainnya.
Pelepasan dan penyerapan panas ini saling berbalik begitu arah arus dibalik.
Penemuan yang terjadi pada tahun 1834 ini kemudian dikenal dengan efek
Pada saat arus mengalir melalui thermocouple, temperature junction akan
berubah dan panas akan diserap pada satu permukaan, sementara permukaan yang
lainnya akan membuang panas. Jika sumber arus dibalik, maka permukaan yang
panas menjadi dingin dan sebaliknya. Gejala ini disebut efek peltier yang
merupakan dasar pendinginan termoelektrik.Dari percobaan diketahui bahwa
perpindahan panas sebanding terhadap arus yang mengalir. Persamaan dari efek
adalah sebagai berikut:
�
��=
����
(2.4)
Keterangan:
��� = Koefisien peltier [Volt]
Q = Beban perpindahan panas dari junction [Watt]
Iab = Arus [Ampere]
2.2.5 Efek Thomson
Pada tahun 1854 seorang berkebangsaan Inggris yang bernama William
Thomson mengemukakan hasil penelitiannya bahwa terdapat penyerapan atau
pengeluaran panas bolak-balik dalam konduktor homogen yang terkena perbedaan
panas dan perbedaan listrik secara simultan. Koefisien Thomson dapat dinyatakan
dalam persamaan berikut:
�
=
��
��
(2.5)Keterangan:
� = Koefisien Thomson
Q = Beban perpindahan panas yang diserap konduktor [Watt]
I = Arus [Ampere]
2.3 Elemen Termoelektrik Peltier
Semikonduktor adalah bahan pilihan untuk termoelektrik yang umum
dipakai. Bahan semikonduktor termoelektrik yang paling sering digunakan saat ini
adalah Bismuth Telluride (Bi2Te3) yang telah diolah untuk menghasilkan blok
atau elemen yang memiliki karakteristik individu berbeda yaitu N dan P.
Bahan termoelektrik lainnya termasuk Timbal Telluride (PbTe), Silicon
Germanium (SiGe) dan Bismuth-Antimony (SbBi) adalah paduan bahan yang
dapat digunakan dalam situasi tertentu. Namun, Bismuth Telluride adalah bahan
terbaik dalam hal pendinginan. Bismuth Telluride memiliki dua karakteristik yang
patut dicatat. Karena struktur kristal, Bismuth Telluride sangat anisotropic.
Perilaku anisotropic perlawanan lebih besar dari pada konduktivitas termalnya.
Sehingga anisotropic ini dimanfaatkan untuk pendinginan yang optimal.
Karakteristik lain yang menarik dari Bismuth Telluride adalah Kristal Bismuth
Telluride (Bi2Te3) terdiri dari lapisan heksagonal atom yang sama. Termoelectrik
dibangun oleh dua buah semikonduktor yang berbeda, satu tipe N dan yang
lainnya tipe P, (mereka harus berbeda karena mereka harus memiliki kerapatan
elektron yang berbeda dalam rangka untuk bekerja). Kedua semikonduktor
diposisikan paralel secara termal dan ujungnya digabungkan dengan lempeng
pendingin biasanya lempeng tembaga atau aluminium.
Elemen termoelektrik merupakan semikonduktor tipe-p dan tipe-n yang
dihubungkan dalam suatu rangkaian listrik tertutup yang terdapat beban. Dari
perbedaan suhu yang ada pada tiap junction ditiap semikonduktor tersebut akan
menyebabkan electron berpindah dari sisi panas menuju sisi dingin. Jika pada
batang logam semikonduktor berlaku prinsip kedua efek (efek Seeback dan efek
Peltier), batang semikonduktor dipanaskan dan didinginkan pada dua
semikonduktor tersebut, maka elektron pada sisi panas semikonduktor akan
bergerak aktif dan memiliki kecepatan aliran yang lebih tinggi dibandingkan
electron dari sisi panas akan mengalami difusi ke sisi dingin dan menyebabkan
timbulnya medan elektrik pada semikonduktor tersebut.
Elemen peltier atau pendingin termoelektrik (thermoelektrik cooler)
merupakan alat yang adapat menimbulkan perbedaan suhu antara kedua sisinya
jika dialiri arus listrik searah pada kedua kutub materialnya. Pada gambar 2.2
penampang termoelektrik memiliki keuntungan utama dari elemen peltier adalah
tidak adanya bagian yang bergerak atau cairan yang bersikulasi dan ukurannya
kecil serta bentuknya sangat mudah untuk direkayasa. Sedangkan kekurangan dari
elemen peltier ada pada faktor efisiensi daya yang rendah dan biaya perancangan
sistem masih relatif mahal. Namun kini banyak peneliti yang sedang mencoba
mengembangkan elemen peltier yang lebih murah dan juga efisien.
Gambar 2.2 Penampang Termoelektrik
2.4 Prinsip Kerja Termoelektrik
2.4.1 Prinsip Kerja Termoelektrik Sebagai Pendingin
Jika peltier akan digunakan sebagai pemanas, maka dekatkan bagian
peltier(yang terdapat tulisan) pada bahan yang akan dipanaskan. Jika peltier
dirangkai seri maka jumlah arus yang dibutuhkan tinggal dikalikan saja, misal :
jika arus yang dibutuhkan 6 Ampere dan jumlah peltier yang digunakan 3 maka
jumlah arus yang dibutuhkan Ł 3x6 = 18 Ampere. Cara pembacaan peltier misalnya bertuliskan TEC1-12706. Artinya 1 peltier membutuhkan tegangan 12
Volt dan arus yang dibutuhkan 6 Ampere. Kabel merah pada peltier bernilai
Peltier sama dengan semikonduktor khususnya semikonduktor ekstrinsik. Dimana
tersusun atas dua jenis semikonduktor yaitu :
1. Jenis n
2. Jenis p
Pada semikonduktor tipe n elektron yang bertindak sebagai carrier, sedangkan
pada semikonduktor tipe p hole (lobang) yang bertindak sebagai carrier. Seperti
pada gambar 2.3 di bawah:
Gambar 2.3 Semikonduktor Tipe N Dan Tipe P
Prinsip kerja thermoelektrik ini berdasarkan pada efek peltier, yaitu ketika
arus DC dialirkan ke elemen peltier yang terdiri dari beberapa pasang sel
semikonduktor tipe p (semikonduktor yang mempunyai tingkat energi yang lebih
rendah) dan tipe n (semikonduktor dengan tingkat energi yang lebih tinggi), akan
mengakibatkan salah satu sisi elemen peltier menjadi dingin (kalor diserap) dan
sisi lainnya menjadi panas (kalor dilepaskan). Sisi elemen peltier yang menjadi
sisi panas maupun dingin tergantung arah aliran arus listrik.
Hal yang menyebabkan sisi dingin elemen peltier menjadi dingin adalah
mengalir elektron dari tingkat energi yang lebih rendah pada semikonduktor tipe-
p, ke tingkat energi yang lebih tinggi yaitu semikonduktor tipe-n. Supaya electron
tipe p yang mempunyai tingkat lebih rendah dapat mengalir, makan electron
menyerap kalor yang mengakibatkan sisi tersebut menjadi dingin. Sedangkan
pelepasan kalor ke lingkungan terjadi pada sambungan sisi panas, dimana electron
energi yang lebih rendah (Semikonduktor tipe-p), untuk dapat mengalir ke
semikonduktor tipe p, kelebihan energi pada tipe n dibuang ke lingkungan sisi
tersebut menjadi panas. Cara kerja Peltier, dengan membuat panas disatu sisi,
kemudian di sisi lain, panas akan terserap hingga terasa dingin. Beda suhu antara
sisi panas dan dingin bisa mencapai 65 derajat Celcius. Jadi apabila kita bisa
membuat sisi panas serendah mungkin, maka sisi dingin akan bisa sangat dingin
bahkan berbuih es. Contoh sisi panas 80 oC (batas maksimal yang diperbolehkan),
maka sisi dingin akan 15 oC.
2.4.2 Parameter Penggunaan Modul Termoelektrik
Pada modul termoelektrik yang digunakan untuk aplikasi pemanas
dikarakterisasikan kedalam beberapa parameter penggunaan yang menentukan
pemilihan modul yang lebih akurat diantara banyak pilihan modul yang tersedia.
Berikut beberapa parameter yang menjadi dasar pemilihan modul termoelektrik :
a) Jumlah kalor yang akan diserap oleh sisi panas modul.
b) Perbedaan temperatur antara sisi panas dan sisi dingin modul ketika
beroperasi.
c) Arus listrik yang digunakan oleh modul.
d) Tegangan listrik yang diugunakan oleh modul.
e) Temperatur tertinggi dan terendah lingkungan dimana modul beroperasi.
2.5 Perhitungan Pendinginan Sistem Termoelektrik
Bahan termoelektrik adalah semikonduktor yang merupakan benda padat
atau logam yang mempunyai nilai-nilai diantaranya nilai resistansi konduktor dan
isolator. Cold junction akan menyerap panas dari produk yang dikondisikan,
bagian ini sama fungsinya dengan evaporator pada sistem pendinginan kompresi
uap. Hot junction yang mengeluarkan atau membuang panas ke luar, bagian ini
sama fungsinya dengan kondenser. Sama halnya dengan kondenser yang
menggunakan sirip-sirip untuk mempercepat pembuangan panas nya,
mempercepat proses pembuangan panas. Proses pembuangan panas di sini juga
dimanfaatkan untuk memanaskan air, supaya energi panasnya tidak terbuang
begitu saja. Sumber arus searah pada termoelektrik sama fungsinya dengan
kompresor pada sistem kompresi uap.
Pengeluaran dan penyerapan panas hanya terjadi pada kedua sisi junction,
besarnya kalor yang diserap dan dikeluarkan adalah sebagai berikut:
Qo = 2.α. Tc .I – I2 (R/2) – k (Th – Tc
ΔT = Perbedaan temperature [
= Besar kalor yang dilepas [Watt]
o
2α = Kekuatan termoelektrik dari 2 material [Volt/
K] o
R = Tahanan total [Ohm]
K]
K = Kondukt ifitas thermal dari 2 material [Watt/o
I = Arus yang mengalir [Ampere]
2.6 Efek-Efek Perpindahan Panas Termoelektrik 2.6.1 Perpindahan Panas
Perpindahan panas yang terjadi pada sistem pendingin termoelektrik
adalah dengan cara konduksi dan konveksi. Konduksi terjadi mulai dari heat sink
sisi dingin peltier, bracket/coldsink, dan heat sink pada sisi panas peltier.
Sedangkan konveksi terjadi pada udara dalam ruangan, lingkungan sekitar alat uji
dry box, dan udara disekitar sirip-sirip heat sink. Perpindahan panas adalah ilmu
yang mempelajari tentang cara untuk meramalkan perpindahan (distribusi) energi
berupa panas yang terjadi karena adanya perbedaan temperatur di antara benda
Perpindahan panas secara konduksi adalah distribusi energi berupa panas
yang terjadi pada benda atau medium yang diam (padat) bertemperatur tinggi ke
bagian benda yang bertemperatur rendah atau terdapat gradien temperatur pada
benda tersebut.
Rumus dasar perpindahan panas secara konduksi adalah :
Q =−��Δ�
� (2.8)
Dimana:
Q = laju perpindahan panas (Watt)
K = konduktivitas panas (W/m.0
A = luasan perpindahan panas arah normal Q (m C)
Perpindahan panas konveksi adalah distribusi energi berupa panas yang
terjadi karena terdapat aliran fluida. Persamaan dasar perpindahan panas konveksi
adalah :
Q = h.A. (Tw – Ta) (2.9)
Dimana:
Q = laju perpindahan panas (Watt)
h = koefisien perpindahan panas konveksi (W/m2
A = luasan perpindahan panas arah normal Q (m oC) 2
Tw = temperatur permukaan benda (
) 0
Ta = temperatur fluida (
C) 0C)
Perpindahan panas radiasi adalah distribusi energi berupa panas yang
terjadi melalui pancaran gelombang cahaya dari suatu zat ke zat yang lain tanpa
zat perantara. Untuk menghitung besarnya panas yang dipancarkan yaitu
menggunakan rumus :
Dimana:
Q = panas yang dipancarkan (Watt)
ε = emisivitas permukaan benda (0 s.d. 1) A = luas perpindahan panas (m2
T = temperatur permukaan benda (K) )
σ = konstanta Stefan Boltzmann (W/m2
Untuk benda hitam sempurna nilai emisivitasnya (ε) adalah 1 dan besar nilai σ =
5,67.10-8 W/m
.K4)
2 .K4
2.6.2 Perpindahan Panas Konduksi
Perpindahan panas yang terjadi secara konduksi berarti perpindahan panas
tanpa dikuti oleh perpindahan molekul benda tersebut. Konduksi juga dapat
dikatakan sebagai transfer energi dari sebuah benda yang memiliki energy yang
cukup besar menuju ke benda yang memiliki energi yang rendah.
Ada suatu perbedaan antara kalor (heat) dan energi dalam dari suatu
bahan. Kalor hanya digunakan bila menjelaskan perpindahan energi dari satu
tempat ke yang lain. Kalor adalah energi yang dipindahkan akibat adanya
perbedaan temperatur. Sedangkan energi dalam (termis) adalah energi karena
temperaturnya. Kalor merupakan bentuk energi yang berasal dari perubahan
energi bentuk lain, seperti : (1) energi listrik berubah menjadi energi kalor,
contohnya pada strika listrik; (2) energi gerak berubah menjadi energi kalor,
contohnya saat orang menggergaji logam.
Bila dua benda atau lebih terjadi kontak termal maka akan terjadi aliran
kalor dari benda yang bertemperatur lebih tinggi ke benda yang bertemperatur
lebih rendah, hingga tercapainya kesetimbangan termal. Proses perpindahan
Ketika salah satu bagian logam bersentuhan dengan nyala lilin atau
nyala api, secara otomatis kalor mengalir dari nyala lilin (suhu tinggi) menuju
bagian logam tersebut (suhu rendah). Walaupun hanya salah satu bagian logam
yang bersentuhan dengan nyala api, semua bagian logam tersebut akan
kepanasan juga. Tanganmu bisa terasa panas, karena kalor mengalir dari
logam (suhu tinggi) menuju tanganmu (suhu rendah). Kalor itu energi yang
berpindah. Kita bisa mengatakan bahwa ketika salah satu bagian benda yang
bersuhu tinggi bersentuhan dengan benda yang bersuhu rendah, energi berpindah
dari benda yang bersuhu tinggi menuju bagian benda yang bersuhu
rendah. Ketika benda yang memiliki perbedaan suhu saling bersentuhan, terdapat
sejumlah kalor yang mengalir dari benda atau tempat yang bersuhu tinggi
menuju benda atau tempat yang bersuhu rendah. Ketika mengalir, kalor juga
membutuhkan selang waktu tertentu. Perlu diketahui bahwa setiap
benda (khususnya benda padat) yang dilewati kalor pasti mempunyai bentuk dan
ukuran yang berbeda. Ada benda padat yang panjang, ada juga benda padat yang
pendek. Ada yang gemuk (luas penampangnya besar), ada juga yang kurus
(luas penampangnya kecil). Persamaan yang digunakan untuk perpindahan panas
konduksi dikenal dengan Hukum Fourier:
�= −�.��₁−�₂
�ₓ (2.11)
Nilai minus (-) dalam persamaan diatas menunjukkan bahwa panas selalu
berpindah ke arah temperatur yang lebih rendah. Jika suatu benda padat disusun
berlapis dari material yang berbeda, maka untuk mengetahui nilai perpindahan
panas yang terjadi dapat digunakan pendekatan system resistansi listrik. Besarnya
tahanan termal yang terjadi adalah perbandingan selisih suhu diantara kedua
permukaan (T1-T2) dengan laju aliran panas q (J/s). Untuk mencari nilai tahanan
termal dari suatu material padatan digunakan persamaan :
Keterangan :
q = Energi panas (W)
k = Konduktivitas termal (W/m.o
A = Luas permukaan (m2)
C)
∆x = Tebal penampang permukaan (m)
T1 = Temperatur yang lebih tinggi (o
T2 = Temperatur yang lebih rendah (
C) o
C)
2.6.3 Beban Panas dari Luar
Beban panas dari luar berasal dari konduksi udara luar dengan dinding.
Besarnya beban panas dari luar dapat dihitung dengan menggunakan persamaan
sebagai berikut:
�= �.�.∆� (2.13)
Keterangan :
Q = Jumlah panas yang dipindahkan (Watt)
A = Luas Permukaan (m2
U = Angka koefisien perpindahan panas (Watt/ m )
Harga koefisien perpindahan panas total (U) dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan sebagai berikut:
� = 1 1
k1,k2,..kn = Konduktivitas thermal material [Watt/m.
C]
o
x = Tebal material [m]
C]
�1 = Koefisien lapisan udara bagian dalam [Watt/m2.o
Nilai �1 adalah 1,65 BTU/h = 9,27 Watt/m
C]
2 .o
�0 = Koefisien lapisan udara bagian luar [Watt/cm
C
2.o
Nilai �0 adalah 4 BTU/h = 22,7 Watt/m
C]
2.6.4 Beban Panas Dari Dalam
Beban panas dari dalam ruangan merupakan beban panas yang harus
dibuang dari ruangan tersebut untuk mencapai temperatur yang diinginkan. Beban
panas dari dalam ruangan berasal dari panas produk yang didinginkan. Panas
produk adalah beban panas yang harus dibuang untuk mencapai temperatur
produk sesuai dengan yang telah ditentukan. Beban panas dari produk dapat
dibagi menjadi 2, yaitu beban panas sensibel dan beban panas laten. Perancangan
ini beban panas produk hanya berasal dari beban panas sensible yaitu panas yang
menyebabkan terjadinya kenaikan dan penurunan temperatur tanpa terjadinya
perubahan wujud. Udara didalam ruangan dianggap 27oC dan air dikondisikan
untuk mencapai temperatur -21oC.
Beban panas sensibel produk dapat dihitung dengan menggunakan
persamaan sebagai berikut:
� =�.�.∆� (2.15)
Keterangan:
Q = Jumlah panas yang dipindahkan [kJ]
m = Berat produk [kg]
2.7 Mikrokontroler Atmega 8535
Mikrikontroler merupakan sebuah single chip yang didalamnya telah
dilengkapi CPU (Central Processing Unit), RAM (Random Acces Memory),
ROM (Read Only Memory), input dan output, time/counter, serial comport secara
spesifik digunakan untuk aplikasi-aplikasi control dan aplikasi serbaguna.
Mikrokontroller umumnya bekerja pada frekuensi 4MHz – 40MHz. Perangkat ini
sering digunakan untuk kebuthan kontrol tertentu seperti pada sebuah penggerak
kehilangan catu daya. Sesuai dengan keperluannya, sesuai dengan susunan
MCS-51. Memori penyimpanan program dinamakan sebagai memory program. RAM (
Random Acces Memory) isinya akan begitu sirna jika IC kehilangan catu daya
dan dipakai untuk menyimpan data ini disebut sebagai memori data.
ATMEGA 8535 memiliki dua jenis memori, yaitu program memory dan
data memory ditambah satu fitur tambahan yaitu EEPROM memory untuk
penyimpanan data. ATMEGA 8535 memiliki On-Chip In-System
Reprogrammable Flash Memory untuk menyimpan memori. Untuk alasan
keamanan, program memory dibagi menjadi dua bagian, yaitu BootFlash Section
dan ApplicationFlash Section. Boot Flash Section digunakan untuk menyimpan
program Boot Loader, yaitu program yang harus dijalankan pada saat AVR reset
atau pertama kali diaktifkan.
Aplication Flash Section digunakan untuk menyimpan program aplikasi
yang dibuat user. AVR tidak dapat menjalankan program aplikasi ini sebelum
menjalankan program Boot Loader. Besarnya memory Boot Flash Section dapat
diprogram dari 128 kata sampai 1024 kata tergantung setting pada konfigurasi
bitdi register BOOTSZ. Jika Boot Loader diproteksi, maka program pada
Aplication Flash Section juga sudah aman. Pada ATMEGA8535. Terdapat 608
lokasi address data memori, 96 lokasi address digunakan untuk register file dan
I/O register terdiri dari 64 register. ATMEGA 8535 memiliki EEPROM 8 bit
sebesar 512 byte untuk menyimpan data. Lokasinya terpisah dengan system
address register, data register dan control register yang dibuat khusus untuk
EEPROM dimulai dari $000 sampai $1FF.
2.8 Interface MAX-232
Interface MAX-232, atau yang juga di kenal sebagai RS-232 merupakan
suatu interface yang menghubungkan antara terminal data dari suatu peralatan dan
peralatan komunikasi data yang menjalankan suatu pertukaran data biner secara
periperal ke periperal. Biasa juga disebut dengan jalur I/O (input/output). Contoh
yang paling sering ditemui adalah koneksi antara komputer dan modem, atau
komputer dengan mouse atau komputer dengan komputer, semua biasanya
dihubungkan lewat jalur port serial RS 232. Standar ini menggunakan beberapa
piranti dalam implementasinya. Paling umum yang dipakai adalah plug/konektor
DB9 atau DB25. Untuk RS 232 dengan konektor DB9, biasnya dipakai untuk
mouse, modem, kasir register dan lain sebagainya, sedang yang konektor DB25,
biasanya dipakai untuk joystik game.
Standar RS 232 ditetapkan oleh Electronic Industry Association and
Telecomunication Industry Association pada tahun 1962. Nama lengkapnya
adalah EIA/TIA-232 Interface Between Data Terminal Equipment and Data
Circuit Terminating Equipmen Employing Serial Binary Data Interchange. Port
Seial RS 232 juga mempunyai fungsi yaitu untuk menhubungi/koneksi dari
perangkat yang satu dengan perngkat yang lain, atau peralatan standard yang
menyangkut komunikasi data antara komputer dengan alat-alat pelengkap
komputer. Standard RS-232 mendefenisikan kecepatan 256 kbps atau lebih rendah
dengan jarak kurang dari 15 meter, namu belakangan ini sering ditemukan jalur
kecepatan tinggi pada komputer pribadi dan dengan kabel berkualitas tinggi, jarak
maksimum juga ditingkatkan secara signifikan. Dengan susunan pin khusus yang
disebut null modem cable, standar RS-232 dapat juga untuk komunikasikan data
antara dua komputer secara langsung.
Karakteristik elektris yang dimilki EIA-232 menspesifikasikan bahwa
untai-untai tak seimbang digunakan dengan tegangan positif antara +3 sampai
+25V, pada tegangan ini isyarat dikenal sebagai biner 0 atau ON atau space.
Sedangkan tegangan -3 sampai -25 V menyatakan biner 1 dan keadaan OFF atau
Mark. Sedangkan tegangan antara -3 sampai +3 V disebut sebagai daerah transisi
yang besaran tegangannya tidak berlaku atau invalid. Beberapa sinyal beserta
fungsinya yang terdapat pada RS-232 yaitu :
• Pin1 (Shield), dapat dihubungkan dengan casis peratalatan dan diutamakan
demikian akan dapat mengurangi interferensi pada lingkungan yang
banyak noise. Sinyal ini disebut juga dengan protective ground (Gnd).
• Pin 2 (Transmitted Data), digunakan sebagai pengirim sinyal dari Data
Terminal Equipment (DTE) menuju ke Data Communication Equipment
(DCE)
• Pin 3 (Received Data), digunakan oleh DTE untuk menerima sinyal dari
DCE. Jadi sinyal dikirim dari DCE melalui terminal ini.
• Pin 4 (Request to Send atau RTS), digunakan oleh DTE untuk
membangkitkan gelombang carrier dari modem.
• Pin 5 (Clear to Send atau CTS), biasanya dihubungkan secara langsung
dengan RTS untuk transmisi secara langsung 2 PC yang menggunakan
Cross-cable. Pada penerapan ini antara RTS dan CTS ditambahkan timer
agar delay dapat diatur dengan besar tertentu untuk menghidupkan
gelomang carrier pada DCE.
• Pin 6 (Data Set ready atau DSR), berfungsi untuk memberikan sinyal yang
menyatakan modem dalam keadaan siap dipergunakan. Jika sinyal ini
diberikan maka modem dalam keadaan menyala dan tidak sedang
melakukan self-testing.
• Pin 7 ( Signal Ground), merupakan ground sinyal referensi bagi semua
sinyal atau semua pin yang ada (data, timing, control-signal)
• Pin 8 (Data Carrier Detect), digunakan untuk menghasilkan sinyal yang
mampu mendeteksi danya sinyal pada saluran yang dapat diterima. Sinyal
ini diperlukan oleh DTE sebelum mengirimkan atau menerima data.
• Pin 9 dan 10 (reserve for testing), sebagai pin cadangan untuk melakukan
testing
• Pin 11 (unassigned)- tidak ditetapkan dengan pasti
• Pin 12,13,14,16 dan 19 (secondary channel), merupakan saluran sinyal
sekunder. Secondary channel biasanya melewatkan sinyal pada arah yang
berlawanan dan pada kecepatan transfer data yang rendah.
• Pin 15 dan 17 (Transmitter/receiver signal element timing), digunakan
pengontrolan bit timing. Pin 15 untuk pengontrolan transmitter bit timing
dan pin 17 untuk receiver bit timing.
• Pin 20 (Data Terminal Ready), sinyal DTR dapat dipakai untuk memaksa
DCE untuk segera bereaksi karena terdapatnya indicator panggilan agar
segera menjawab panggilan tersebut. Hal ini sangat penting artinya,
terutama jika modem berda pada posisi auto-answer.
• Pin 21 (Remote Loopback) digunakan untuk menandakan bahwa kualitas
gelombang carrier diterima dalam kondisi yang cukup atau tidak terlalu
lemah.
• Pin 22 ( Ring Indikator), untuk memberikan sinyal yang mengidinkasikan
bahwa DCE memberitahu DTE akan adanya sinyal dering (ringing) pada
telepon. Sinyal ini mampu mendeteksi besarnya teganga dering yang
kemudian dikirm ke DTE dan diteruskan ke modem untuk menjawab
panggilan lewat pin ini.
• Pin 24 (Transmit Signal Element Timing), pin ini digunakan oleh modem
yang bekerja pada metode pengiriman sinkron untuk pengontrolan bit
timing.
• Pin 25 (Test Mode), digunakan untuk memberikan sinyal pengetesan.
2.9 Sensor Suhu IC LM35
Untuk mendeteksi suhu digunakan sebuah sensor suhu LM35 yang dapat
dikalibrasikan langsung dalam, LM35 ini difungsikan sebagai basic temperature
sensor seperti pada gambar 2.4 dibawah:
ICLM35 sebagai sensor suhu yang teliti dan terkemas dalam bentuk
Integrated Circuit (IC), dimana output tegangan keluaran sangat linear berpadanan
dengan perubahan suhu. Sensor ini berfungsi sebagai pengubah dari besaran fisis
suhu ke besaran tegangan yang memiliki koefisien sebesar 10 mV /°C yang berarti
bahwa kenaikan suhu 1°C maka akan terjadi kenaikan tegangan sebesar 10 mV.
IC LM35 ini tidak memerlukan pengkalibrasian atau penyetelan dari luar karena
ketelitiannya sampai lebih kurang seperempat derajat celcius pada temperature
ruang. Jangka sensor mulai dari –55°C sampai dengan 150°C, IC LM35
penggunaannya sangat mudah, difungsikan sebagai control dari indicator tampilan
catu daya terbelah. IC LM35 dapat dialiri arus 60 mA dari supplay sehingga panas
yang ditimbulkan sendiri sangat rendah kurang dari 0°C didalam suhu ruangan.
LM35 ialah sensor temperature paling banyak digunakan untuk praktek,
karena selain harganya cukup murah, linearitasnya juga lumayan bagus. LM35
tidak membutuhkan kalibrasi eksternal yang menyediakan akurasi ± ¼ °C pada
temperatur ruangan dan ± ¾ °C pada kisaran -55 °C sampai + 150 °C. LM35
dimaksudkan untuk beroperasi pada -55 °C hingga +150 °C, sedangkan LM35C
pada -40 °Chingga +110°C, dan LM35D pada kisran 0-100°C. LM35D juga
tersedia pada paket 8 kaki dan paket TO-220. Sensor LM35 umunya akan naik
sebesar 10mV setiap kenaikan 1°C (300mV pada 30 °C).
2.10Liquid Crystal Display (LCD)
LCD berfungsi menampilkan suatu nilai hasil sensor, menampilkan teks,
atau menampilkan menu pada aplikasi mikrokontroler. LCD yang digunakan
adalah jenis LCD M1632. LCD M1632 merupakan modul LCD dengan tampilan
16 x 2 baris dengan konsumsi daya rendah. M1632 adalah merupakan modul LCD
dengan tampilan 16 x 2 baris dengan konsumsi daya yang rendah. Kegunaan LCD
banyak sekali dalam perancangan suatu sistem dengan menggunakan
mikrokontroler. LCD dapat berfungsi untuk menampilkan suatu nilai hasil sensor,
Tabel 2.1 Fungsi pin-pin pada Liquid Crystal Display
Sebagaimana terlihat pada table 2.1 kolom deskripsi (symbol and
functions), interface LCD merupakan sebuah parallel bus, dimana hal ini sangat
memudahkan dan sangat cepat dalam pembacaan dan penulisan data dari atau ke
LCD. Kode ASCII yang ditampilkan sepanjang 8 bit dikirim ke LCD secara 4
atau 8 bit pada satu waktu. Jika mode 4 bit yang digunakan, maka 2 nibble data
dikirim untuk membuat sepenuhnya 8 bit (pertama dikirim 4 bit MSB lalu 4 bit
LSB dengan pulsa clock EN setiap nibblenya). Gambar 2.5 berikut adalah contoh
LCD (2×16) yang umum digunakan :
Jalur kontrol EN digunakan untuk memberitahu LCD bahwa
mikrokontroller mengirimkan data ke LCD. Untuk mengirim data ke LCD
program harus menset EN ke kondisi high (1) dan kemudian menset dua jalur
kontrol lainnya (RS dan R/W) atau juga mengirimkan data ke jalur data bus. Saat
jalur lainnya sudah siap, EN harus diset ke 0 dan tunggu beberapa saat (tergantung
pada datasheet LCD), dan set EN kembali ke high (1). Ketika jalur RS berada
dalam kondisi low (0), data yang dikirimkan ke LCD dianggap sebagai sebuah
perintah atau instruksi khusus (seperti bersihkan layar, posisi kursor dll). Ketika
RS dalam kondisi high atau 1, data yang dikirimkan adalah data ASCII yang akan
ditampilkan dilayar.
Misal, untuk menampilkan huruf pada layar maka RS harus diset ke 1.
Jalur kontrol R/W harus berada dalam kondisi low (0) saat informasi pada data
bus akan dituliskan ke LCD. Apabila R/W berada dalam kondisi high (1), maka
program akan melakukan query (pembacaan) data dari LCD. Instruksi pembacaan
hanya satu, yaitu Get LCD status (membaca status LCD), lainnya merupakan
instruksi penulisan.Jadi hampir setiap aplikasi yang menggunakan LCD, R/W
selalu diset ke 0.Jalur data dapat terdiri 4 atau 8 jalur (tergantung mode yang
dipilih pengguna), mereka dinamakan DB0, DB1, DB2, DB3, DB4, DB5, DB6
dan DB7.Mengirim data secara parallel baik 4 atau 8 bit merupakan 2 mode
operasi primer.
Untuk membuat sebuah aplikasi interface LCD, menentukan mode operasi
merupakan hal yang paling penting. Mode 8 bit sangat baik digunakan ketika
kecepatan menjadi keutamaan dalam sebuah aplikasi dan setidaknya minimal
tersedia 11 pin I/O (3 pin untuk kontrol, 8 pin untuk data). Sedangkan mode 4 bit
minimal hanya membutuhkan 7 bit (3 pin untuk kontrol, 4 untuk data). Aplikasi
dengan LCD dapat dibuat dengan mudah dan waktu yang singkat, mengingat
2.11MOSFET
MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)
merupakan salah satu jenis transistor yang memiliki impedansi masukan (gate)
sangat tinggi (Hampir tak berhingga) sehingga dengan menggunakan MOSFET
sebagai saklar elektronik, memungkinkan untuk menghubungkannya dengan
semua jenis gerbang logika. Dengan menjadikan MOSFET sebagai saklar, maka
dapat digunakan untuk mengendalikan beban dengan arus yang tinggi dan biaya
yang lebih murah daripada menggunakan transistor bipolar.
Untuk membuat MOSFET sebagai saklar maka hanya menggunakan
MOSFET pada kondisi saturasi (ON) dan kondisi cut-off (OFF), seperti gambar
dibawah 2.6 dibawah ini:
Gambar 2.6 Kurva Karakteristik MOSFET
2.10.1 Wilayah Cut-Off (MOSFET OFF)
Pada daerah Cut-Off MOSFET tidak mendapatkan tegangan input (Vin =
0V) sehingga tidak ada arus drain Id yang mengalir. Kondisi ini akan membuat
tegangan Vds = Vdd. Dengan beberapa kondisi diatas maka pada daerah cut-off
ini MOSFET dikatakan OFF (Full-Off). Kondisi cut-off ini dapat diperoleh
input yang masuk ke rangkaian saklar MOSFET. Untuk lebih jelasnya dapat
dilihat pada gambar 2.7 berikut.
Gambar 2.7 Rangkaian MOSFET Sebagai Saklar Pada Kondisi Cut-Off
Karakeristik MOSFET pada daerah Cut-Off antara lain sebagai berikut.
1. Input gate tidak mendapat tegangan bias karena terhubung ke ground (0V)
2. Tegangan gate lebih rendah dari tegangan treshold (Vgs < Vth)
3. MOSFET OFF (Fully-Off) pada daerah cut-off ini.
4. Tidak arus drain yang mengalir pada MOSFET
5. Tegangan output Vout = Vds = Vdd
6. Pada daerah cut-off MOSFET dalam kondisi open circuit.
Dengan beberapa karakteristik diatas maka dapat dikatakan bahawa
MOSFET pada daerah Cut-Off merupakan saklar terbuka dengan arus drain Id = 0
Ampere. Untuk mendapatkan kondisi MOSFET dalam keadaan open maka
tegnagan gate Vgs harus lebih rendah dari tegangan treshold Vth dengan cara
menghubungkan terminal input (gate) ke ground.
2.10.2 Wilayah Saturasi (MOSFET ON)
Pada daerah saturasi MOSFET mendapatkan bias input (Vgs) secara
maksimum sehingga arus drain pada MOSFET juga akan maksimum dan
membuat tegangan Vds = 0V. Pada kondisi saturasi ini MOSFET dapat dikatakan
Gambar 2.8 Rangkaian MOSFET Sebagai Saklar Pada Kondisi Saturasi
Karakteristik MOSFET pada kondisi saturasi antar lain adalah :
1. Tegangan input gate (Vgs)
2. tinggi Tegangan input gate (Vgs) lebih tinggi dari tegangan treshold
(Vgs>Vth)
3. MOSFET ON (Fully-ON) pada daerah Saturasi
4. Tegangan drain dan source ideal (Vds) pada daerah saturasi adalah 0V
(Vds = 0V)
5. Resistansi drain dan source sangat rendah (Rds < 0,1 Ohm)
6. Tegangan output Vout = Vds = 0,2V (Rds.Id)
7. MOSFET dianalogikan sebagai saklar kondisi tertutup
Kondisi saturasi MOSFET dapat diperoleh dengan memberikan tegangan
input gate yang lebih tinggi dari tegangan tresholdnya dengan cara
menghubungkan terminal input ke Vdd. Sehingga MOSFET mejadi saturasi dan
