SKRIPSI
Diajukan oleh :
J oko Setiawan
0834010050
J URUSAN TEKNIK INFORMATIKA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN”
JAWA TIMUR
ALAT UKUR KADAR ALKOHOL BERBASIS
MIKROKONTOLER
Disusun Oleh :
J OKO SETIAWAN
NPM. 0834010050
Telah disetujui untuk mengikuti Ujian Negar a Lisan Periode Mei Tahun Akademik 2012/2013
Pembimbing Utama Pembimbing Pendamping
HARIANTO S.Kom, M.Eng Dr. Ir. Ni Ketut Sar i, MT NIDN. 0722087710 NIP. 19650731 199203 2 001
Mengetahui,
Ketua J urusan Teknik Infor matika Fakultas Teknologi Industri UPN ”Veteran” J awa Timur
MIKROKONTOLER
Disusun Oleh :J OKO SETIAWAN NPM. 0834010050
Telah dipertahankan di hadapan dan diterima oleh Tim Penguji Skr ipsi J ur usan Teknik Infor matika Fakultas Teknologi Industri
Univer sitas Pembangunan Nasional ”Veteran” J awa Timur Pada Tanggal 17 Mei 2013
Univer sitas Pembangunan Nasional ”Veteran” J awa Timur
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PANITIA UJ IAN SKRIPSI / KOMPREHENSIF
KETERANGAN REVISI lisan periode Mei, TA 2012/2013 dengan judul:
ALAT UKUR KADAR ALKOHOL BERBASIS
MIKROKONTOLER
Surabaya,17 Mei 2013 Dosen Penguji yang memerintahkan revisi:
ii
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, atas puji dan kehadirat Allah SWT, atas limpahan Rahmat serta
Kasih Sayang-Nya sehingga Laporan Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.
Laporan Tugas Akhir ini disusun sebagai syarat untuk menempuh tugas akhir di
Universitas Pembangunan Nasional “VETERAN” Jatim. Penulis membahas tentang
Pembuatan Alat Ukur Kadar Alkohol Berbasis Mikrokontroler.
Pada kesempatan ini penulis banyak mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Ir. Sutiyono, MT selaku Dekan fakultas Teknologi Industri Universitas
Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur Surabaya.
2. Ibu Dr. Ir. Ni Ketut Sari, MT., selaku ketua jurusan Teknik Informatika
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jatim.
3. Bapak Harianto S.Kom. M.Eng
.
Sebagai Dosen pembimbing I yang telahmeluangkan waktu memberikan kontribusi berupa masukan dan koreksi yang
berguna dalam membimbing menyelesaikan Tugas Akhir ini.
4. Ibu Dr. Ir. Ni Ketut Sari, MT. Sebagai Dosen pembimbing II yang telah
meluangkan waktu memberikan kontribusi berupa masukan dan koreksi yang
berguna dalam membimbing menyelesaikan Tugas Akhir ini.
5. Bapak Firza Prima Adityawan, S.Kom atas bimbingannya selaku PIA Tugas
Akhir.
6. Terima kasih kepada kedua orang tua yang telah memberikan dorongan motivasi
7. Adik serta keluarga kami yang selaku memberikan dukungannya kepada kami
dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
8. Sahabat Galau, Brader Imam (kintung), Sister Yuli, Brader Zen, Grup Underwear
Sempak, dan Sister Dian yang membantu memberikan support dan doa juga
guyonan-guyonan konyol.
9. Sahabat terkasih serta teman setia dalam suka maupun duka dimanapun juga my
love (Suci) yang telah memberikan dukungan, motivasi, juga meluangkan
waktunya serta support dan doa selama penyelesaian Tugas Akhir ini. Serta tak
henti-hentinya ngomelin.
10.Kepada teman – teman semua yang tidak dapat kami sebutkan satu-persatu atas
segala bantuannya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam menyelesaikan Tugas
Akhir ini, namun penulis berharap semoga pelaksanaan Tugas Akhir ini dapat ikut
menunjang perkembangan ilmu pengtahuan, khususnya Teknik Informatika, kritik dan
saran yang membangun kami harapkan nntuk kesempurnaan penulisan laporan ini,
semoga dapat bermanfaat.
Surabaya, 2013
iv
Halaman
LEMBAR PENGESAHAN
ABSTRAK ... i
KATA PE NGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR GAMBAR ... ix
DAFAR TABEL ... xi
BAB I : PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Batasan Masalah ... 3
1.4 Tujuan ... 4
1.5 Manfaat ... 4
1.6 Metodologi Penelitian... 4
1.7 Sistematika Penulisan ... 6
BAB II : TINJ AUAN PUSTAKA ... 8
2.1 Alkohol ... 8
2.1.1 Penggunaan Alkohol ... 8
v
2.3.1 Fitur-fitur Mikrokontroler Atmega16A ... 14
2.3.2 Arsitektur Mikrokontroler Atmega 16A ... 15
2.3.3 Konfigurasi Pin Atmega16A ... 17
2.3.4 Organisasi Memori ... 21
2.3.5 Register ... 24
2.3.6 Interupsi ... 25
2.3.7 Interupt External ... 27
2.4 Sensor MQ-3 ... 27
2.5 LCD Display 16x4 Character ... 30
2.6 ADC (Analog to Digital Converter) Atmega16... 31
2.7 Teknik Kalibrasi Alat ... 31
2.8 Kebutuhan Software... 32
2.9 CodeVision ... 33
2.9.1 Bagian-bagian CodeVisionAVR C Compiler ... 34
2.9.2 Pemilihan Chip dan Frekwensi Xtall ... 36
2.9.3 Inisialisasi LCD Port I/O ... 37
2.10 USBasp Downloader ... 38
vi
3.1.1 Miniatur ... 43
3.1.2 Pengukuran Kadar Alkohol ... 44
3.2 Deskripsi Sistem ... 44
3.3 Perancangan Sistem ... 45
3.3.1 Alur Umum Sistem ... 46
3.3.2 Rangkaian Sistem Minimum Atmega 16A ... 47
3.3.3 Rangkaian Sensor MQ-3 ... 49
3.3.4 Rangkaian Push Button ... 50
3.3.5 Cara Merancang Alat ... 51
3.3.6 Analisa Perancangan Perangkat Keras ... 52
3.3.7 Analisa Perancangan Perangkat Lunak ... 54
BAB IV : IMPLEMENTASI PERANGKAT LUNAK ... 58
4.1 Alat-alat yang Digunakan ... 58
4.1.1 Perangkat Keras ... 58
4.1.2 Perangkat Lunak ... 58
4.2 Implementasi Hardware ... 59
4.2.1 Rangkaian Minimum Mikrokontroler ATmega16A ... 59
4.2.2 Implementasi Miniatur ... 60
4.2.3 Sensor MQ-3 ... 61
vii
4.3 Implementasi Sensor MQ-3 ... 64
4.4 Implementasi Software di Mikrokontroler ... 65
BAB V : UJ I COBA DAN ANALISIS ... 67
5.1 Pengujian Mikrokontroler ... 67
5.1.1 Uji Coba USB ISP MkII dan Mikrokontroler pada AVR Studio Version 4.19 ... 67
5.1.2 Pengujian Mikrokontroler Atmegs16 ... 68
5.1.3 Pengujian Alat Secara Keseluruhan ... 69
5.2 Pengujian Alat Ukur Kadar Alkohol Berbasis Mikrokontroler ... 69
5.2.1 Inisialisasi Sensor 1, 2, dan 3... 69
5.3 Pengujian Sensor MQ-3 ... 70
5.3.1 Uji Sensor 1 ... 70
5.3.2 Uji Sensor 2 ... 72
5.3.3 Uji Sensor 3 ... 79
5.4 Hasil Pengujian Alat Ukur Kadar Alkohol Berbasis Mikrokontroler ... 81
5.6 Kalibrasi ... 81
viii
6.2 Saran ... 88
DAFTAR PUSTAKA
Judul : Alat Ukur Kadar Alkohol Berbasis Mikrokontroler. Pembimbing 1 : Harianto, S.Kom. M.Eng.
Pembimbing 2 : Dr. Ir. Ni Ketut Sari, MT Penyusun : Joko Setiawan.
ABSTRAK
Seiring dengan perkembangan teknologi sekarang ini mengalami kemajuan yang sangat pesat. Khususnya di bidang elektronika , segala aspek kehidupan manusia saat ini dan mendatang tidak akan lepas dari perkembangan teknologi ini. Sistem pengecekan yang dilakukan oleh komputer akan menjadi lebih baik, cepat, tepat, aman, praktis, dan masih banyak lagi keuntungan lain yang didapatkan dari pada menggunakan cara manual dari uji laboratorium. Dari beberapa keuntungan tersebut dapat dijadikan syarat untuk mewujudkan “Alat Ukur Kadar Alkohol Berbasis Mikrokontroler”.
Secara umum alat ukur kadar alkohol telah dilengkapi oleh rangkaian pembantu sensor untuk mengecek kadar secara hardware maupun software. Pengujian cek kadar alkohol oleh alat mikrokontroler ini adalah mengandalkan pembacaan dari sensor uap yaitu MQ-3 berbasis mikrokontroler ATmega16. Tegangan keluaran dari sensor dikonversi oleh ADC kemudian diolah mikrokontroler untuk diproses.
Hasil pengukuran output sensor MQ-3 menunjukkan sensor bekerja sesuai dengan kadar alkohol yang ditampilkan LCD. Dengan demikian user mampu mengetahui bahaya atau tidak kadar alkohol yang dideteksi. Tugas Akhir ini diharapkan dapat memberi ide untuk mengoptimalkan membantu kinerja uji coba laboratorium kimia dalam bidang komputer.
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Seiring dengan perkembangan teknologi sekarang ini mengalami
kemajuan yang sangat pesat. Khususnya di bidang elektronika ,segala aspek
kehidupan manusia saat ini dan mendatang tidak akan lepas dari perkembangan
teknologi. Dalam perkembangannya sebuah instrumen dapat didefinisikan
sebagai sebuah alat yang digunakan untuk menentukan nilai atau besaran dari
suatu kuantitas atau variabel.
Alat ukur atau instrumen, dari segi kemampuan harus mengandung
ketelitian dan ketepatan. Dalam pengukuran dibutuhkan adanya ketelitian dan
ketepatan. Ketelitian adalah nilai terdekat dengan nama suatu pembacaan
instrumen mendekati nilai sebenarnya dari variabel yang diukur. Ketepatan
adalah suatu ukuran instrumen untuk mengukur kadar alkohol yang terkandung
dalam suatu zat. Alkohol merupakan suatu zat yang apabila digunakan atau
dikonsumsi secara berlebihan dan terus menerus akan membahayakan kondisi
tubuh. Alat pengukur kadar alkohol dapat digunakan untuk minuman, parfum,
dan produk lain.
Dalam perkembangannya, hingga saat ini alat ukur kadar alkohol sangat
langka keberadaannya. Kalaupun ada, pemakaiannya terbatas untuk keperluan
industri besar dan penelitian di laboratorium, dengan harga yang tidak
analisis dengan HPLC (High Performance Liquid Chromatography), metode berat jenis menggunakan piknometer dan metode dengan menggunakan hidrometer alkohol. Berdasarkan hal tersebut diciptakan suatu alat pengukur kadar alkohol yang akurat pada cairan. Diharapkan keberadaan alat ini dapat
memudahkan untuk mengetahui suatu kadar alkohol dalam suatu zat.
Pada Penelitian ini digunakan sensor gas alkohol MQ-3. Elemen yang
digunakan untuk sensor MQ-3 adalah semikonduktor dari dioksida timah
(SnO2) yang mempunyai konduktifitas yang rendah dalam udara bersih. Prinsip
kerja alat ini adalah apabila sensor MQ-3 diletakkan diatas cairan alkohol yang
telah menguap maka sensor ini akan mendeteksi besar kadar alkohol. Kemudian
akan terdeteksi pada mikrokontroler yang akan mengolah data melalui ADC
sehingga data yang sudah diubah dapat diproses oleh mikrokontroler, data
tersebut akan dikeluarkan melalui LCD. Kemudian pada mikrokontroler akan
dikeluarkan lagi melalui 3 lampu led yaitu merah,kuning,dan hijau yang
menandakan titik aman pada masing-masing alkohol yang dideteksi.
1.2 Rumusan masalah
Dalam Penjelasan yang telah di sampaikan pada Latar Belakang di atas, dapat dirumuskan permasalahan alat ukur kadar alkohol pada minuman berbasis mikrokontroler untuk saat ini adalah sebagai berikut:
a. Bagaimana cara kerja alat ukur kadar alkohol berbasis mikrokontroller
dengan menggunakan sensor MQ-3 untuk mendeteksi masing-masing kadar
alkohol?
1.3 Batasan Masalah
Untuk menfokuskan penelitian dan memperjelas penyelesaian sehingga mudah dipahami dan penyusunannya lebih terarah, maka dilakukan pembatasan masalah sebagai berikut :
a. Penggunaan sensor MQ-3 sebagai pendeteksi kadar.
b. Sebuah alat mikrokontroler ATMega16A digunakan sebagai pengolah data untuk sistem pendeteksi kadar.
c. Penggunaan software AVRCodeVision C compiler untuk pembuatan program pada mikrokontroller dengan bahasa C.
d. Penggunaan LCD yang hanya untuk menampikan kadar alkohol saja. e. Penggunaan ADC sebagai penentu nilai dari sensor MQ-3
f. Penggunaan led dengan warna merah,kuning dan hijau adalah sebagai penanda pada titik aman bawah, sedang dan tinggi kadar alkohol tersebut. g. Penggunaan Push Button untuk mengatur nilai-nilai kadar.
1.4 Tujuan
Merancang sebuah alat ukur kadar alkohol yang bisa digunakan dalam waktu yang singkat dan hemat biaya.
1.5 Manfaat
Adanya penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat :
a. Dengan dibuatnya alat prototype ini maka dapat mengetahui kadar alkohol.
b. Dapat digunakan sebagai penentu nilai dari sensor yang dipakai.
c. Dapat menghemat waktu yang efisien dalam mengetahui kadarnya.
1.6 Metodologi Penelitian
Metode penelitian yang digunakan dalam pembuatan sistem mikrokontroler ini melalui percobaan langsung jika gagal maka akan terus dicoba lagi atau trayer error Dan untuk melakukan penelitian tersebut, berikut tahap - tahapanya :
a. Metode Studi Literatur
b. Metode Perancangan dan Pembuatan Aplikasi
Tahap ini merupakan tahap yang paling banyak memerlukan waktu karena model dan rancangan alat yang telah di buat di implementasikan dengan menggunakan media mikrokontroler.
c. Metode Uji coba alat dan evaluasi
Pada tahap ini setelah selesai dibuat maka dilakukan pengujian alat untuk mengetahui apakah sistem tersebut telah bekerja dengan benar sesuai dengan konsep yang diajukan atau tidak.
d. Metode Kesimpulan
Pada tahap ini dalam bagian akhir pembuatan Tugas Akhir. Dibuat kesimpulan dan saran dari hasil pembuatan sistem simulasi yang diperoleh sesuai dengan dasar teori yang mendukung dalam pembuatan konsep tersebut yang telah dikerjakan secara keseluruhan.
e. Metode Penyusunan buku Lapor an
1.7 Sistematika Penulisan
BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini berisi Latar Belakang, Rumusan Masalah, Batasan Masalah, Tujuan, Manfaat, Metodologi Penulisan, dan Sistematika Penulisan Skripsi.
BAB II : TINJ AUAN PUSTAKA
Pada bab ini membahas tentang landasan teori pemecahan masalah yang berhubungan dengan penelitian tersebut yang menyangkut alatukurkadaralkoholpadaminuman, konsep dasar mikrokontroler,
konsep dasar komunikasi serial dengan komputer. BAB III : ANALISIS DAN PERANCANGAN SISTEM
Bab ini berisi tentang perancangan sistem apa saja yang perlu dianalisa dan digunakan yang meliputi : kebutuhan data, kebutuhan
hardware dan software, kebutuhan proses, perancangan sistem
yang berbasis mikrokontroler, serta analisa dan desain sistem yang telah dibuat sebelumnya.
BAB IV : IMPLEMENTASI SISTEM
BAB V : UJ I COBA DAN EVALUASI
Bab ini menjelaskan tentang uji coba dari program yang telah dibuat dan melakukan pengevaluasian terhadap program serta cara kerja apakah sesuai dengan tujuan yang dimaksud.
BAB VI : KESIMPULAN DAN SARAN
Pada bab ini menjelaskan tentang kesimpulan yang diperoleh setelah dilakukan penelitian terhadap alat yang dibuat serta saran untuk pengembangan sistem selanjutnya.
TINJ AUAN PUSTAKA
2.1 Alkohol
Dalam kimia, alkohol (alkanol) adalah istilah yang umum untuk senyawa organik apa pun yang memiliki gugus hidroksil (-OH) yang terikat pada atom karbon, yang ia sendiri terikat pada atom hidrogen dan/atau atom karbon lain. Etanol dan Metanol adalah alcohol yang paling sederhana.
Alkohol merupakan senyawa seperti air yang satu hidrogennya diganti oleh rantai atau cincin hidrokarbon. Sifat fisis alkohol, alkohol mempunyai titik didih yang tinggi dibandingkan alkana-alkana yang jumlah atom C nya sama. Hal ini disebabkan antara molekul alkohol membentuk ikatan hidrogen. Rumus umum alkohol R – OH, dengan R adalah suatu alkil baik alifatis maupun siklik. Dalam alkohol, semakin banyak cabang semakin rendah titik didihnya. Sedangkan dalam air, metanol, etanol, propanol mudah larut dan hanya butanol yang sedikit larut. Alkohol dapat berupa cairan encer dan mudah bercampur dengan air dalam segala perbandingan (Brady, 1999).
2.1.1 Penggunaan dan Dampak Penggunaan Alkohol
Berikut merupakan penggunaan beserta dampak penggunaan dari alkohol serta contoh jenis dari alkohol:
a. Metanol dan Etanol
gandum dengan ragi, Etanol juga dapat diperoleh melalui peragian tetes (sisa pemurnian gula tebu), atau dari bahan lain yang mengandung gula alam. Etanol sangat umum digunakan, dan telah dibuat oleh manusia selama ribuan tahun. Etanol adalah alkohol biasa. Etanol juga salah satu obat rekreasi (obat yang digunakan untuk bersenang-senang) yang paling tua dan paling banyak digunakan di dunia. Dengan meminum alkohol cukup banyak, orang bisa mabuk. Semua alkohol bersifat toksik (beracun), tetapi etanol tidak terlalu beracun karena tubuh dapat menguraikannya dengan cepat. Contoh dari etanol : minuman beralkohol, larutan 70 % sebagai antiseptik, sebagai pengawet, dan sintesis eter, koloroform, dll.
Metanol dikenal sebagai alkohol kayu karena dapat dihasilkan melalui penyulingan destruktif kayu. Senyawa ini sangat beracun dan dapat menyebabkan buta dan kematian jika ditelan. Contoh dari metanol : pelarut, antifreeze radiator mobil, sintesis formaldehid, metilamina, metilklorida, metilsalisilat, dll.
b. Amil Alkohol
Amil alkohol adalah salah satu dari 8 alkohol dengan rumus C 5 H 11 OH. Sebuah campuran amil alkohol (juga disebut amil alkohol) dapat diperoleh dari alkohol Fusel. Amil alkohol digunakan sebagai pelarut dan pada esterfication misalnya dalam produksi asetat amil.
c. Gliser ol
d. Eritr ito
Erythritol sangat mirip dengan gula dalam hal penampilan dan rasa, meskipun
bukan itu sangat manis dibandingkan dengan Gula halus. Cukup seperti gula halus, Anda dapat menemukan Eritritol dalam pasir atau bahkan dalam bentuk bubuk. Eritritol diasumsikan gula alkohol yang mirip dengan Sorbitol dan xylitol.
e. Xylitol
Xylitol adalah pemanis alami dari golongan penitol yang dapat menggantikan gula pada makanan atau bahan perlengkapan kebersihan mulut seperti dalam pasta gigi untuk sikat gigi, permen karet, cairan kumur-kumur, dan lain sebagainya.
Manfaat / fungsi / guna dari xylitol adalah untuk mencegah gigi berlubang, mengembalikan mineral gigi yang hilang dengan cepat, menghambat tumbuhnya plak / karies gigi, dan lain sebagainya. Gula xilitol ini pun aman dikonsumsi oleh penderita diebetas / kencing manis.
2.1.2 Rumus Pelarutan Alkohol
Larutan adalah campuran homogen, tidak ada bidang batas antara zat pelarut dengan zat terlarut, tidak dapat dibedakan secara langsung antara zat pelarut dengan zat terlarut, partikel- partikel penyusunnya berukuran sama, baik ion, atom, maupun 9 molekul, dari dua zat atau lebih. Dalam larutan fase cair,
V1x%1 = V2x%2
Persamaan Pemberian kadar alkohol dalam larutan
V1 = Total volume larutan (ml)
%1 = Nilai kadar alkohol yang diinginkan (angka 0 – 100%)
%2 = Nilai kadar alkohol yang akan digunakan sebagai zat terlarut (angka 0 – 100%)
V2 = Jumlah volume larutan alkohol yang dibutuhkan sebagai zat terlarut (ml)
V2 = %2 .
V1x%1
Persamaan sederhana untuk pemberian kadar alkohol dalam larutan
2.2 Kebutuhan Hardware
Dalam pembuatan alat ukur kadar alkohol berbasis mikrokontroler dibutuhkan suatu kebutuhan. Kebutuhan ini menyangkut kebutuhan hardware dan kebutuhan software untuk mendukungnya. Dan kebutuhan tersebut sangat mempengaruhi dalam pembuatan alat ukur kadar alkohol.
Beberapa penjelasan tentang kebutuhan perangkat keras yang mendukung pembuatan sistem keamanan ini akan di jelaskan dibawah ini.
2.3 Pengenalan Mikr okontroler
Pada saat ini penggunaan mikrokontroler dapat kita temui pada berbagai peralatan, misalnya peralatan yang terdapat di rumah, seperti telepon digital,
microwave oven, televisi, mesin cuci, sistem keamanan rumah, PDA, dll.
Mikrokontroler dapat kita gunakan untuk berbagai aplikasi misalnya untuk pengendalian, otomasi industri, telekomunikasi, dan lain-lain. Keuntungan menggunakan mikrokontroler yaitu harganya murah, dapat di program berulang kali, dan dapat kita program sesuai dengan keinginan kita. Saat ini keluarga mikrokontroler yang ada dipasaran yaitu Intel 8048 dan 8051(MCS 51), Motorola 68HC11, Microchip PIC, Hitachi H8, dan Atmel AVR.
Salah satu mikrokontroler yang banyak digunakan saat ini yaitu mikrokontroler AVR, AVR adalah mikrokontroler RISC (Reduce Instruction Set
Compute) 8 bit berdasarkan arsitektur Harvard, yang dibuat oleh Atmel pada
tahun 1996. AVR mempunyai kepanjangan Advanced Versatile RISC atau Alf and
Vegard’sRiscproessor yang berasal dari nama dua mahasiswa Norwegia Institute
of Technology (NTH), yaitu alf-EgilBogen danVegard Wollan.
mikrokontroler MCS51 membutuhkan 12 siklus clock untuk mengeksekusi 1 intruksi. Selainitu, mikrokontroler AVR memiliki fitur yang lemgkap (ADC Internal, EEPROM Internal, Timer/Counter, Watchdog Timer, PWM, Port I/O, Komunikasi Serial, Komparator, I2C, dll), sehingga dengan fasilitas yang lengkap ini, programmer dan desainer dapat menggunakannya untuk berbagai aplikasi sistem elektronika seperti robot, otomasi industri, peralatan telekomunikasi, dan berbagai keperluan lain. Secara umum mikrokontroler AVR dapat dikelompokkan menjadi 3 kelompok, yaitu TinyAVR, AVR, dan MegaAVR.
Tabel 2.1 Perbedaan Seri AVR Berdasarkan Jumlah Memori
Microcontroller AVR Memori (byte)
Pemrograman mikrokontroler AVR dapat menggunakan low level
language (assembly) dan high level language (C, Basic, Pascal, Java, dll)
terhadap hardware serta lebih mudah untuk menangani project yang besar. Bahasa C memiliki keuntungan-keuntungan yang dipunyai oleh bahasa mesin (assembly), hampir semua operasi yang dapat dilakukan oleh bahasa mesin, dapat dilakukan oleh bahasa C dengan penyusunan program yang lebih sederhana dan mudah.
(Heri Andrianto,2008)
2.3.1 Fitur-fitur Mikrokontroler ATmega16A
Mikrokontroler adalah mikroprosesor yang dirancang khusus untuk aplikasi kontrol, dan dilengkapi dengan ROM, RAM dan fasilitas I/O pada satu chip. ATmega16A adalah salah satu anggota dari keluarga ATmega. ATmega16A dirancang oleh Atmel sesuai dengan instruksi standar dan susunan pin 80C5. Fitur-fitur yang dimiliki ATmega16A sebagai berikut:
1) Sistem mikrokontroler 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz.
2) Memiliki memori flash 8 KB, SRAM sebesar 1 kbyte dan EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 512 byte. 3) Memiliki ADC (Analog Digital Converter) internal dengan ketelitian 10 bit
sebanyak 8 saluran.
2.3.2 Ar sitektur Mikrokontroler ATmega16A
Gambar 2.1 Blok Diagram AVR ATmega16A
Dari gambar blok diagram pada gambar 2.1 dapat dilihat bahwa ATmega16A memiliki bagian-bagian sebagai berikut :
1) Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu port A, port B, port C, dan
2) CPU yang memiliki 32 buah register. 3) SRAM sebesar 1 kbyte.
4) Flash memory sebesar 16kb yang memiliki kemampuan Read While Write.
5) EEPROM sebesar 512 byte dapat diprogram selama beroperasi. 6) Tiga buah timer/counter dengan kemampuan pembanding. 7) Two wire serial Interface.
8) Port antarmuka SPI.
9) Unit interupsi internal dan eksternal. 10) Port USART untuk komunikasi serial.
11) ADC 10 bit sebanyak 8 saluran.
12) Watchdog Timer dengan osilator internal.
2.3.3 Konfigurasi Pin ATmega16A
IC mikrokontroler dikemas (packaging) dalam bentuk yang berbeda. Namun pada dasarnya fungsi kaki yang ada pada IC memiliki persamaan. Gambar salah satu bentuk IC seri mikrokontroler AVR Atmega16A dapat dilihat berikut.
Gambar 2.2. Konfigurasi Pin ATmega16A.
Berikut adalah penjelasan fungsi tiap kaki. a. Port A
output. Selain itu, ke delapan pin port A juga digunakan untuk masukan sinyal analog bagi A/D converter.
b. Port B
Tabel 2.2 PIN Port B Atmega16A
Port Pin Fungsi Khusus
PBO T0=timer/counter 0 external counter input
PB1 T1=timer/counter 0 external counter input
PB2 AIN0=analog comparator positive input
PB3 AIN1=analog comparator negative input
PB4 SS=SPI slave select input
PB5 MOSI=SPI bus master output/slave input
PB6 MISO=SPI bus master input/slave output
PB7 SCK=SPI bus serial clock
c. Port C
Tabel 2.3 PIN port C Atmega16A
Pin Fungsi khusus
PC7 TOSC2 (Timer Oscillator Pin 2)
PC6 TOSC1 ( Timer Oscillator Pin 1)
PC5 Input/Output
PC4 Input/Output
PC3 Input/Output
PC2 Input/Output
PC1 SDA ( Two-wire Serial Buas Data Input/Output Line)
PC0 SCL ( Two-wire Serial Buas Clock Line)
d. 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 member 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 alternative khusus seperti yang dapat dilihat dalam table berikut.
e. VCC
Merupakan Pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya.
f. RESET
RST pada pin 9 merupakan reset dari AVR. Jika pada pin ini diberi masukan low selama minimal 2 machine cycle maka system akan di-reset.
g. XTAL1
XTAL1 adalah masukan ke inverting oscillator amplifier dan input ke internal clock operating circuit.
h. XTAL2
i. AVcc
Avcc adalah kaki masukan tegangan bagi A/D Converter. Kaki ini harus secara eksternal terhubung ke Vcc melalui low pass filter.
j. AREF
AREF adalah kaki masukan referensi bagi A/D Converter. Untuk operasionalisasi ADC, suatu level tegangan antara AGND dan Avcc harus diberikan ke kaki ini.
k. GND
AGND adalah kaki untuk analog ground. Hubungkan kaki ini ke GND, kecuali jika board memiliki analog ground yang terpisah.
2.3.4 Organisasi Memori
ATMega16A memiliki ruang pengalamatan memori data dan memori program yang terpisah. Sebagai tambahan, Atmega16A memiliki fitur suatu EEPROM Memori untuk penyimpanan data.
a) Memori Data
mengatur fungsi terhadap berbagai peripheral mikrokontroler, seperti kontrol register, timer/counter, fungsi–fungsi I/O, dan sebagainya. Alamat memori berikutnya digunakan untuk SRAM 512 byte, yaitu pada lokasi $60 sampai dengan $25F. Konfigurasi memori data ditunjukkan pada Gambar 2.3
b) Memori Pr ogram
ATmega16A berisi 8K bytes On-Chip di dalam system Memori flash Reprogrammable untuk penyimpanan program. Karena semua AVR instruksi adalah 16 atau 32 bits lebar, Flash adalah berbentuk 4K x16. Untuk keamanan perangkat lunak, Flash Ruang program memori adalah dibagi menjadi dua bagian, bagian boot program dan bagian aplikasi program dengan alamat mulai dari $000 sampai $FFF. Flash Memori mempunyai suatu daya tahan sedikitnya 10,000write/erase Cycles. ATmega8535 Program Counter (PC) adalah 12 bit lebar, alamat ini 4K lokasi program memori.
2.3.5 Register
Status register adalah register berisi status yang dihasilkan pada setiap operasi yang dilakukan ketika suatu instruksi dieksekusi. SREG merupakan bagian dari inti CPU mikrokontroler.
Gambar 2.5. Status Register ATMega16A
Bit7 -- I (Global Interrupt Enable),
Jika bit Global Interrupt Enable diset, maka fasilitas interupsi dapat dijalankan. Bit ini akan clear 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 dalam operasi 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 Overflow Flag V.
Jika operasi aritmatika menghasilkan bilangan negatif, maka bit ini akan set.
Bit 1 – Z : Zero Flag
Jika operasi aritmatika menghasilkan bilangan nol, maka bit ini akan set.
2.3.6 Interupsi
Tabel 2.4 Fasilitas Interupsi yang Dimiliki ATmega16A
Vector No.
Pr ogram
Addr es(2) Sour ce Inter rupt Definition
1 0x00
2 0x001 INT0 External Interrupt Request 0
3 0x002 INT1 External Interrupt Request 1
4 0x003 TIMER2 COMP Timer/Counter2 Compare Match 5 0x004 TIMER2 OVF Timer/Counter2 Overflow 6 0x005 TIMER1 CAPT Timer/Counter1 Capture Event 7 0x006 TIMER1 COMPA Timer/Counter1 Compare Match A 8 0x007 TIMER1 COMPB Timer/Counter1 Compare Match B 9 0x008 TIMER1 OVF Timer/Counter1 Overflow
10 0x009 TIMER0 OVF Timer/Counter0 Overflow 11 0x00A SPI, STC Serial Transfer Complete
12 0x00B USART, RXC USART, Rx Complete
13 0x00C USART, UDRE USART Data Register Empty
14 0x00D USART, TXC USART, Tx Complete
15 0x00E ADC ADC Conversion Complete
16 0x00F EE_RDY EEPROM Ready
17 0x0010 ANA_COMP Analog Comparator
18 0x0011 TWI Two-wire Serial Interface
2.3.7 Interupt External
Pada ATmega16A terdapat 3 pin untuk interupsi eksternal, yaitu INT0, INT1, dan INT2. Interupsi eksternal dapat dibangkitkan apabila terdapat perubahan logika atau logika 0 pada pin INT0, INT1, dan INT2. Pengaturan kondisi keadaan yang menyebebkan terjadinya interupsi eksternal diatur oleh
register MCUCK (MCU Control Register), seperti gambar dibawah ini.
Gambar 2.6. Register MCUCK (MCU Control Register).
2.4 Sensor MQ-3
Agar sensor dapat bekerja lebih baik dan tepat haruslah memiliki persyaratan sebagai berikut:
a. Kepekaan, yaitu sensor harus dipilih sedemikian rupa pada nilai – nilai masukan yang ada dapat diperoleh keluaran yang cukup besar.
b. Stabilitas waktu, yaitu untuk menentukan masukan tertentu, sensor harus dapat memberikan keluaran yang tetap nilainya dalam waktu yang lama. Bentuk fisik dari sensor MQ-3 adalah seperti berikut:
Gambar 2.7. Sensor MQ-3
Karakter :
a. Baik kepekaan terhadap gas yang mudah terbakar dalam berbagai objek b. Sensitivitas tinggi ke LPG, Propane dan Hidrogen
c. Panjang hidup dan biaya rendah d. Sirkuit sederhana berkendara
Aplikasi:
a. Gas domestik kebocoran detector b. Industri mudah terbakar gas detektor c. Detektor gas portable
Tabel 2.5 Spesifikasi MQ-3
Model No MQ-3
Tipe Sensor Semikonduktor
Standar Encapsulation Bakelite (Bakelite Hitam)
Deteksi Gas Gas Alkohol
2.5 LCD Display 16x4 Character
LCD (liquid cristal display) Modul LCD Character dapat dengan mudah dihubungkan dengan mikrokontroller. LCD yang akan di pergunakan mempunyai lebar display 4 baris 16 kolom atau biasa disebut sebagai LCD Character 4x16, dengan 16 pin konektor pada gambar 2.8.
2.6 ADC (Analaog to Digital Converter) ATMega16
Analog to digital converter berfungsi untuk mengubah sinyal analog menjadi data digital. Sinyal analog dimasukkan pada input dari converter analog ke digital dan beberapa waktu untuk mengkonversi maka output data digital akan siap diproses oleh rangkaian digital. ATMega16 merupakan tipe AVR yang telah dilengkapi dengan 8 saluran ADC internal dengan fidelitas 10 bit. Dalam mode operasinya, ADC ATMega dapat dikonfigurasi, baik sebagai single ended input maupun defferential input. Selain itu, ADC ATMega16 memiliki konfigurasi pewaktuan, tegangan referensi, mode operasi, dan kemampuan filter sehingga dapat dengan mudah disesuaikan dengan kebutuhan dari ADC itu sendiri. Proses inisialisasi ADC meliputi proses penentuan clock, tegangan referensi, format data keluaran dan mode pembacaan. Register yang perlu diset nilainya adalah ADMUX (ADC Multiplier Selection Register), ADCSRA (ADC Control and
Status Register A) dan SFIOR (Special Function IO Register). ADMUX
merupakan register 8 bit yang berfungsi menentukan tegangan referensi ADC, format data keluaran dan saluran ADC yang digunakan.
2.7 Teknik Kalibr asi Alat
Kalibrasi diperlukan untuk: a. Perangkat baru
b. Suatu perangkat setiap waktu tertentu
c. Suatu perangkat setiap waktu penggunaan tertentu (jam operasi)
d. Ketika suatu perangkat mengalami tumbukan atau getaran yang berpotensi mengubah kalibrasi
e. Ketika hasil observasi dipertanyakan
Kalibrasi, pada umumnya, merupakan proses untuk menyesuaikan keluaran atau indikasi dari suatu perangkat pengukuran agar sesuai dengan besaran dari standar yang digunakan dalam akurasi tertentu. Contohnya, termometer dapat dikalibrasi sehingga kesalahan indikasi atau koreksi dapat ditentukan dan disesuaikan (melalui konstanta kalibrasi), sehingga termometer tersebut menunjukan temperatur yang sebenarnya dalam celcius pada titik-titik tertentu di skala.
2.8 Kebutuhan Softwar e
2.9 CodeVision
CodeVisionAVRmenyediakan sebuah editor yang di desain untuk menghasilkan program C secara otomatis untuk mikrokontroler AVR. Program C yang akan diimplementasikan menggunakan standar ANSI C yang sesuai dengan arsitektur mikrokontroler.
CodeVisionAVR adalah sebuah compiler C yang telah dilengkapi dengan fasilitas integrated development environment (IDE) dan didesain agar dapat menghasilkan kode program secara otomatis untuk mikrokontroler Atmel AVR. Program ini dapat berjalan dengan menggunakan system operasi windows 2000, xp, vista dan windows 7. Integrated Development Environment (IDE) telah dilengkapi dengan fasilitas pemrograman chip melalui metode In-System
Progamming, sehingga dapat secara otomatis mentransfer file ke dalam chip
mikrokontroler AVR setelah sukses dikompilasi.
Software In-System Programmer didesain untuk bekerja ketika dihubungkan dengan development board STK500, STK600, AVRISP, AVRISP mkII, AVR Dragon, AVRProg(AVR910 (Application Note), Atmel JTAGICE mkII, kanda system SKT200+SKT300, dontronics DT006, vogel elektronik VTEC-SIP, futurlec JRAVR and microtronics ATCPU, dan mega 2000. CodeVIsionAVR dapat menghasilkan kode program secara otomatis melalui fasilitas CodeWizardAVR Automatic Program Generator.Dengan adanya fasilitas ini maka penulisan program dapat dilakukan dengan cepat dan lebih efisien. Seluruh kode dapat diimplementasikan dengan fungsi sebagai berikut:
1) Identifikasi sunber reset.
3) Inisialisasi port input/output. 4) Inisialisasi interupsi eksternal.
5) Inisialisasi timer/counter dan watchdog timer.
6) Inisialisasi USART dan interupsi buffer untuk komunikasi serial. 7) Inisialisasi komparator analoG dan ADC.
8) Inisialisasi interface SPI dan two wire interface (TWI). 9) Inisialisasi interface CAN.
10) Inisialisasi I²C Bus, sensor suhu LM75, teherometer/thermostat DS1621 dan real time clock PCF8563, PCF8583, DS1302, DS1307.
11) Inisialisasi 1 wire bus dan sensor suhu DS1820/DS18S20. 12) Inisialisasi modul LCD.
(Sumber :Rangkuti, Syahban 2011).
2.9.1 Bagian-bagian CodeVisionAVR C Compiler
Ketika program CodeVisionAVR C Compiler dijalankan dengan klik ganda ikon CodeVisionAVR C Compiler, maka berikut akan tampil bentuk .exe tampilannya.
Untuk memulai bekerja dengan CodeVisionAVR pilih pada menu File -> New. Maka akan muncul kotak dialog sebagai berikut :
Gambar 2.10. Tampilan Project Baru
Pilih Project kemudian tekan OK, maka akan muncul kotak dialog berikut.
Gambar 2.11. Tampilan Code Wizard AVR
Gambar 2.12. Jenis Mikrokontroler Yang Dipakai
2.9.2 Pemilihan Chip dan Frekwensi Xtall
Langkah pertama dalam menggunakan cvAVR adalah membentuk sebuah project baru, dengan click create new project maka akan muncul pertanyaan apakah anda ingin memanfaatkan bantuan code wizard, pilih saja ok maka anda akan masuk pada code wizard. Langkah pertama yang harus dilakukan pada code wizard adalah memilih jenis chip mikrokontroller yang digunakan dalam project dan frekuensi xtall yang digunakan. Dan dapat dilihat seperti pada gambar berikut.
2.9.3 Inisialisasi LCD Port I/O
Inisialisasi LCD Port berfungsi untuk memilih fungsi port sebagai input atau sebagai output. Pada konfigurasi port sebagai output dapat dipilih pada saat awal setelah reset kondisi port berlogika 1 atau 0, sedangkan pada konfigurasi port sebagi input terdapat dua pilihan yaitu kondisi pin input toggle state atau pull-up, maka sebaiknya dipilih pull up untuk memberi default pada input selalu berlogika 1. setiap port berjumlah 8 bit, konfigurasi dari port dapat diatur sesuai dengan kebutuhan. Pengaturan konfigurasi dapat dilakukan perbit, jadi dalam satu port dapat difungsikan sebagi input dan output dengan nilai default nya berbeda-beda. Gambar 5. menunjukkan seting konfigurasi pada port a dengan kombinasi input dan output yang berbeda-beda defaulnya.
Gambar 2.14. Inisialisasi LCD Port I/O
2.9.3 USBasp Downloader
Merupakan in-system programmer yang dapat dihubungkan ke komputer melalui port USB untuk memprogram mikrokontroler keluarga AVR® 8 bit RISC dan MCS-51® yang memiliki fitur ISP. Produk ini dapat bekerja dengan perangkat lunak yang mendukung protokol ATMEL AVRISP MKII seperti AVR Studio©, CodeVisionAVR©, AVRDUDE (WinAVR) dan BASCOM-AVR© untuk memprogram mikrokontroler AVR. USBasp Downloader juga dilengkapi dengan perangkat lunak berbasis Windows® yang menyediakan antarmuka yang sederhana dan mudah untuk memprogram mikrokontroler keluarga MCS-51 seri AT89.
Dimensi pada USBasp Downloader panjang 6,6 cm, lebar 4,1 cm, tinggi 1,5 cm, dan panjang kabel ISP ±10 cm.
Spesifikasi :
1) Dapat digunakan untuk semua tipe AVR® 8 bit RISC dan mikrokontroler MCS-51® seri AT89 yang memiliki fitur ISP.
2) IC yang didukung : 1. Keluarga AVR
Sesuai dengan dukungan perangkat lunak yang digunakan.
2. Keluarga MCS-51
3) Antarmuka USB ke komputer.
4) Beroperasi pada tegangan target 2,7V sampai 5,5V.
5) Mengambil suplai daya dari target board dengan kebutuhan arus maksimum 50 mA @ 5,5 V, sehingga aman bagi komputer jika terjadi hubungan singkat pada target board.
6) Menggunakan protokol ATMEL AVRISP MKII untuk mikrokontroler AVR® 8 bit RISC.
7) Mendukung Flash, EEPROM, Lock Bit, Fuse Bit Programming, dan mendukung file format Intel HEX atau BIN serta dilengkapi perangkat lunak berbasis Windows® untuk keluarga mikrokontroller MCS-51 seri AT89.
8) Tersedia 2 pilihan konektor ISP (5x2) standar ATMEL untuk target board dengan mikrokontroler keluarga AVR dan MCS-51.
9) Tersedia USB driver yang kompatibel dengan Windows® XP/Vista/Win7. 10) Enclosure berbahan logam.
11) Dilengkapi indikator untuk power dan status dengan warna yang berbeda. 12) Dilengkapi soket konverter USBasp 10 to 6 Converter untuk
menghubungkan AVR in-system programmer berkonektor 10 pin ke target board berkonektor ISP 6 pin.
Gambar 2.15. USBasp Downloader
2.11 ISIS PROTEUS
Proteus merupakan program ISIS. Dengan program ini maka skematik rangkaian elektronik dapat dirancang serta disimulasikan dan dibuat menjadi
layout PCB. ISIS singkatan dari Intelligent Schematic Input System dan
merupakan salah satu program simulasi yan terintergasi dengan Proteus dan menjadi program utamanya. ISIS dirancang sebagai media untuk menggambar skematik rangkaian elektronik yang sesuai dengan standart internasional. Dalam ISIS juga dimasukkan sebuah program ProSPICE yang berguna untuk menyimulasikan skematik rangkaian, sehingga ISIS dapat menjadi program simulator rangkaian elektonika yang interaktif. ProSPICE dirancang berdasarkan standart bahasa pemrograman SPICE3F5, sehingga mampu mensimulasikan rangkaian gabungan dari komponen analog dan digital secara interaktif yang dikenal dengan istilah Interactive Mixed Mode Circuit Simulator.
Dengan mengintegrasikan ProSPICE ke dalam program ISIS maka akan dihasikan sebuah pemodelan system secara virtual yang dikenal dengan istilah
ISIS dapat mensimulasikan berbagai komponen mikroprosesor dan mikrokontroler. ISIS dapat menyimulasikan berbagai jenis mikroprosesor dan mikrokontroler, termasuk mikrokontroler keluarga AVR.
Diharapkan dengan menggunakan program simulasi ini maka perancangan rangkaian berbasis mikrokontroler dapat lebih mudah dilakukan serta mengurangi biaya produksi dan menghemat waktu. ISIS dilengkapi program compiler, sehingga dapat mengompilasi file kode sumber seperti Assembly menjasi file HEX sehingga nantinya dapat digunakan oleh mikrokontroler yang sebenarnya. Mikrokontroler AVR adalah perangkat keras yang dapat deprogram cara kerjanya dan dapat digunakan untuk berbagai keperluan. Mikrokontroler AVR mempunyai aturan-aturan serta bahasa pemrograman yang khusus, makaada baiknya dalam mempelajari cara kerja dan fungsi dari mikrokontroler ini penulis menggunakan program simulasi mikrokontroler ISIS.
Gambar 2.16. Pop-Up Screen Proteus
ANALISIS DAN PERANCANGAN SISTEM
Pada bab ini merupakan bagian perancangan dan bagian pembuatan perangkat lunak (software) dan perangkat keras (hardware), yang dibahas tentang langkah-langkah perencanaan dan pembuatan Tugas Akhir, yang merupakan pokok bahasan utama dalam pembuatan tugas akhir ini.
3.1 Perancangan
Dalam pembuatanAlatUkurKadarAlkoholBerbasis Mikrokontroler ini perlu diperhatikan beberapa aspek yang dibutuhkan, yaitu:
3.1.1 Miniatur
Dalam alat ini yang digunakan sebagai miniatur adalah 3 buah gelas ukur karena untuk wadah ltersebut yang ditampung dahulu sebelum diambil uapnya yang akan dideteksi kadarnya oleh sensor MQ-3. Gelas ukur dipilih karena dirasa lebih mudah dalam penakaran ukuran cairan yang mengandung alkohol tersebut dan juga sudah ada ukuran-ukuran yang satuannya ml yang biasanya digunakan untuk alat ukur uji laboratorium kimia.Selain itu juga gelas ukur juga bening dan mudah untuk pemantauan peletakkan sensor diatas supaya tidak sampai terkena oleh cairan yang beralkohol tersebut. Karena cara kerja sensor tersebut adalah untuk membaca kadar uap saja.
3.1.2 Pengukuran Kadar Alkohol
Dalam hal pengukuran kadar alkohol perlu diperhatikan aspek-aspek yang dibutuhkan, yaitu:
1) Sistem ini dirancang untuk mengukur kadar alkohol dan mengambil uapnya dengan menggunakan sensor MQ-3.
2) Sistem ini dirancang untuk megetahui kadar dari masing-masing alkohol yang telah dituang dalam 3 gelas ukur yang telah disiapkan. 3) Sistem ini dirancang untuk mengetahui nilai kadar dari sensor yang
akan dimasukkan ke dalam ADC.
4) Sistem ini bisa dikatakan bekerja bila uap yang diambil telah terdeteksi kadarnya oleh sensor MQ-3 kemudian masuk pada ATMega 16A dan ditampilkan pada layar LCD
3.2 Deskr ipsi Sistem
Pada umum nya didalam ilmu kimia sehari-hari para ilmuwan kimia meneliti alkohol pada minuman adalah menggunakan alat kimia yang sudah diuji coba pada laboratorium-laboratorium kimia yang sudah ada. Tapi disini untuk menguji coba kadar alkohol pada minuman ini menggunakan alat ukur kadar yang berbasis mikrokontroler yang sistemnya hanya mengambil uap alkohol dengan menggunakan sensor gas MQ-3 yang kemudian ditampilkan pada LCD dan ditandai dengan nyala 3 lampu led yaitu merah,kuning dan hijau.
3.3 Perancangan Sistem
Sub bab ini menjelaskan mengenai proses desain perangkat lunak yang akan dibuat dan hardware yang digunakan. Proses desain sistem dalam sub bab ini akan dibagi menjadi beberapa tahap yaitu: alur umum sistem, spesifikasi kebutuhan sistem, alur umum, flowchart, dan perancangan hardware.
Aplikasi ini merupakan sistem yang bisa mempermudah semua orang dikalangan umum untuk dapat mudah dalam mengetahui kadar alkohol pada minuman beralkohol yang akan dikonsumsi, apabila jika kadar alkohol tersebut ada yang melebihi batas kadarnya maka bisa di deteksi secara cepat juga tepat dan bisa menghemat waktu serta biaya secara era dalam jaman teknologi sekarang ini dengan menggunakan alat yang berbasis mikrokontroler.
Mekanisme dan Sistem Alat Ukur Kadar Alkohol:
1. Cek dan periksa semua komponen yaitu sensor MQ-3, mikrokontroler ATmega 16A, LCD 4x16, Push Button, Led
3.3.1 Alur Umum Sistem
Pada rancangan umum dari aplikasi ini adalah memudahkan pendeteksian kadar alkohol yang bisa menghemat biaya. Pembuatan alat ukur kadar alkohol ini dengan pengoperasian berbasis mikrokontroler ATMega 16A terdiri dari 2 bagian yaitu: pembuatan perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software). Gambar umum tugas akhir ini dapat dilihat dari Gambar 3.1
Gambar 3.1 Diagram Sistem Alur Alat Ukur Kadar Alkohol
Output mikrokontroler akan bekerja sebagaimana fungsinya jika mendapatkan hasil pendeteksian kadar uap alkohol yang tidak melampaui batas. Yaitu, apabila system mendapatkan masukkan dari sensor MQ-3 kemudian kadar dari masing-masing minuman beralkohol tersebut akan ditampilkan pada LCD, jika ada kadar yang melebihi batas aman maka lampu Led yang berwarna merah akan menyala dan jika kadarnya rata-rata sedang maka lampu Led kuning akan menyala dan jika masih batas aman maka lampu Led hijau akan menyala.
3.3.2 Rangkaian Sistem Minimum Atmega 16A
Dalam perancangan rangkaian Atmega 16A memerlukan 2 tahap yaitu perancangan sistem minimum Atmega 16A dan ada perancangan downloader. Dalam hal ini downloader dan sistem minimum dibuat secara terpisah. Hal ini bertujuan untuk menghindari kerusakan apabila salah satunya tidak bekerja.
Minimum sistem ini merupakan kontrol dari keseluruhan sistem kerja pada alat ini. Pada proyek ini digunakan sistem minimum yang berbasis pada mikrokontroler Atmega 16A, digunakannya Atmega 16A karena bahasa pemrograman C tersebut adalah programan CodeVisionAVR C Compiler berbasis windows untuk mikrokontroler keluarga AVR seperti Atmega8535, Atmega32,Atmega8, dll. CodeVisionAVR sebuah compiler C yang telah dilengkapi dengan fasilitas integrated development environment (IDE) dan didesain agar dapat menghasilkan kode program secara otomatis untuk mikrokontroler Atmel AVR. Program ini dapat berjalan dengan menggunakan system operasi windows 2000, xp, vista dan windows 7. Integrated Development
metode In-System Progamming, sehingga dapat secara otomatis mentransfer file kedalam chip mikrokontroler AVR setelah sukses dikompilasi.
Software In-System Programmer didesain untuk bekerja ketika dihubungkan dengan development board STK500, STK600, AVRISP, AVRISP mkII, AVR Dragon, AVRProg(AVR910 (Application Note), Atmel JTAGICE mkII, kanda system SKT200+SKT300, dontronics DT006, vogelelektronik VTEC-SIP, futurlec JRAVR and microtronics ATCPU, dan mega 2000. CodeVisionAVR dapat menghasilkan kode program secara otomatis melalui fasilitas CodeWizardAVR Automatic Program Generator.
Mikrokontroler ini memiliki 2 fungsi utama yaitu untuk mengkonversi data analog berupa tegangan dan mengolahnya melalui program sehingga data digital berubah biner yang menghasilkan oleh A/D converter didalam mikrokontroler di tampilkan pada LCD. Penggunaan masing-masing port I/O mikrokontroler Atmega 16A dalam sistem ini adalah sebagai berikut.
1. Port A.0 <outputLCD
2. Port B.0…B.1 >input MQ-3
3. Port B.2 >output led
4. Port C.0…C.7 > output led
Gambar 3.2 Rangkaian Minimum ATmega 16A
Pada port-port yang ada pada kaki Atmega 16A diatas ada beberapa yang digunakan untuk menjalankan hardware yang nantinya diisi program yang berfungsi memberi perintah sebagai jalannya alur miniatur.
3.3.3 Rangkaian Sensor MQ-3
digunakan untuk merubah konduktifitas sensor menjadi sinyal output yang sesuai dengan konsentrasi uap tersebut. Untuk merubah konduktifitas menjadi tegangan adalah dengan menambahkan tahanan beban RL pada sensor. Prinsip kerja dari rangkaian sensor adalah dengan pengukuran tingkat konsentrasi uap alkohol tersebut. Pada saat sensor MQ-3 diberi tegangan input (vc) dan tegangan heater (vh) dan diletakan diatas uap alkohol tersebut, maka resistansi sensor Rs akan turun secara cepat sehingga tegangan yang melintasi tahanan beban akan naik secara cepat pula kemudian turun sesuai dengan naiknya nilai Rs kembali sampai mencapai nilai yang stabil.
Gambar 3.3MQ-3.
3.3.4 Rangkain Push Button
Pushbutton merupakan sebuah device untuk menghubungkan dan
Gambar 3.4 Pushbutton.
3.3.5 Cara Merancang Alat
Merancang Alat Ukur Kadar Alkohol Berbasis Mikrokontroler bukanlah suatu hal yang mudah dan tidak dapat dilakukan oleh banyak kalangan. Dalam menjalankan Tugas Akhir ini penulis ingin memaparkan bagaimana cara merancang alat atau mesin ini.
Pertama membeli semua komponen-komponen yang diperlukan dalam pembuatan Alat Ukur Kadar Alkohol Berbasis Mikrokontroler ini. Setelah membeli semua komponennya, kemudian mendesain miniaturnya. Kedua setelah mendesain alat, kemudian merakit komponen-komponen yang sudah ada ke PCB (Printed Circuit Board). Setelah itu dibutuhkan juga gelas ukur sebagai wadah ukur alkohol untuk dideteksi.
3.3.6 Analisa Per ancangan Perangkat Keras
Dalam pembuatan alatukurkadaralkoholkomponen-komponen yang dibutuhkan adalah sebagai berikut:
1) Sensor MQ-3
2) Mikrokontroler Atmega16
Mikrokontroler adalah mikroprosesor yang dirancang khusus untuk aplikasi kontrol, dan dilengkapi dengan ROM, RAM dan fasilitas I/O pada satu chip. ATMega16A adalah salah satu anggota dari keluarga ATMega. ATMega16A dirancang oleh Atmel sesuai dengan instruksi standar dan susunan pin 80C5.
3) LCD 4x16
4) 3 Gelas ukur
Gelas ukur digunakan pada simulasi alat ini karena sebagai wadah untuk menampung alkohol tersebut yang akan dideteksi kadar uapnya. Karena gelas tersebut disertai satuan ml dan mudah dalam proses penakaran alkohol yang dituang dalam wadah itu juga .
5) Led
Pada lampu led ini adalah sejeis diode semikonduktor istimewa, seperti sebuah diode normal. Led terdiri dari sebuah chip bahan semikonduktor yang diisi penuh. Dan tegangan dari lampu led ini sendiri tdak memerlukan banyak-banyak daya yang membutuhkan voltase lebih. Dengan menggunakan lampu led ini bisa sangat menghemat energi daya listrik, karena sangat efisien. Serta juga fungsinya sangat bermanfaat walaupun bentuk fisiknya kecil tapi sering digunakan sebagai penanda pada sebuah alat-alat kebutuhan.
3.3.7 Analisa Per ancangan Perangkat Lunak
(flowchart) dan kemudian akan dilakukan pembuatan program untuk menjalankan sistemnya tersebut.
Pada program ini akan diatur nilai kalibrasi pada sensor uap dengan di set masing-masing sensor menggunakan tombol pushbutton yang digunakan untuk pendeteksian uap alkohol. Hasil pendeteksian kadar tersebut kemudian akan ditampilkan. Dimana nantinya akan disambungkan dengan Program yang alirannya telah ditentukan sebelumnya sehingga dapat dijalankan dengan baik.Tanpa adanya Aliran proses dalam bentuk flowchart ini maka pembuatan sistem masih kurang efisien dalam proses implementasinya.
Sistem kerja dari perangkat lunak dapat dilihat pada Gambar 3.5Flowchart Sistem Kerja Perangkat Lunak berikut :
Gambar 3.5Flowchart Sistem Kerja Perangkat Lunak secara global
melakukan inisialisasi maka proses selanjutnya baca MQ, dan setelah terakhir akan ditampilkan pada LCD dan selesai.
Gambar 3.6 merupakan lanjutan dari Gambar 3.5 diatas yang menjelaskan tentang aliran proses pada baca MQ ini mulai dari proses awal hingga proses tersebut.
Lanjutan Gambar 3.6Flowchart Sistem Perangkat Lunak
IMPLEMENTASI PERANGKAT LUNAK
Pada bab ini akan dibahas mengenai implementasi program dari hasil analisa dan rancangan sistem yang telah dibuat pada bab III, serta bagaimana cara sistem tersebut dijalankan.
4.1 Alat-alat yang Digunakan
Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai implementasi program, alat-alat yang digunakan yaitu perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software) yang dijabarkan sebagai berikut:
4.1.1 Perangkat Keras
Perangkat keras (hardware) yang digunakan adalah: a. Rangkaian minimum Atmega16A.
b. Sensor MQ-3 c. LCD 4x16. d. LED
e. Push Button.
f. Power supply. g. 3 Gelas ukur 4.1.2 Perangkat Lunak
Perangkat lunak (software) yang digunakan adalah:
b. CodeVisionAVR.exe.
c. Bahasa C sebagai bahasa pemrograman untuk memprogram mikrokontroler.
d. AVR studio version 4.19.
4.2 Implementasi Hardware
Dalam pembuatan perangkat lunak alat ukur kadar alkohol berbasis mikrokontroler ini dibutuhkan suatu alat yang berguna sebagai peraga sistem yang telah dibuat agar dapat mengetahui cara kerja sistem secara keseluruhan dan untuk memastikan apakah sistem telah berjalan sesuai perancangan, agar hardware dapat bekerja harus terhubung dengan rangkaian mikrokontroler ATmega16A dan dibutuhkan komputer sebagai alat bantu untuk mentransfer sourcecode ke mikrokontroler tersebut. Mikrokontroler ATmega16A adalah sebuah media penyimpanan program alat ukur kadar alkohol berbasis mikrokontroler yang kita buat. Implementasi mikrokontroler ATmega16A tersebut dapat dilihat pada sub bab sebagai berikut:
4.2.1 Rangkaian Minimum Mikrokontroler ATmega16A
Gambar 4.1. Rangkaian Minimum ATmega16A.
4.2.2 Implementasi Miniatur
Pembuatan miniatur alat ukur kadar alkohol berbasis mikrokontroler ini digunakan untuk menampung alkohol yang akan di deteksi kadar alkoholnya oleh sensor yang telah dipasang di atas miniatur ini. Pada alat ini miniatur yang dipakai adalah menggunakan gelas ukur yang ukurannya tidak terlalu besar dan juga ringan serta terbuat dari kaca.
Gambar 4.2 Miniatur alat ukur kadar alkohol.
4.2.3 Sensor MQ-3
Sensor MQ-3 adalah suatu jenis semikonduktor oksida logam film tebal yang menawarkan biaya rendah, daya tahan yang lama, sensitifitas yang bagus terhadap uap gas (target) yang disensor dengan menggunakan rangkaian elektronik yang sederhana. Sensor ini terutama sesuai untuk aplikasi dalam mendeteksi uap kadar alkohol pada suatu zat. Elemen yang digunakan untuk sensor MQ-3 adalah semikonduktor dari dioksida timah (SnO2) yang mempunyai konduktifitas yang rendah pada udara bersih. Jika terdapat uap alkohol yang dideteksi, maka konduktifitas dari sensor akan meningkat tergantung pada konsentrasi uap tersebut di udara. Rangkaian elektronik yang sederhana bisa digunakan untuk merubah konduktifitas sensor menjadi sinyal output yang sesuai dengan konsentrasi uap tersebut. Untuk merubah konduktifitas menjadi tegangan adalah dengan menambahkan tahanan beban RL pada sensor. Cara kerja sensor
sensor ini akan mengambil uap tersebut dan mendeteksi kadarnya. Gambar tersebut bisa dilihat pada gambar 4.3. Sensor MQ-3 dibawah ini:
Gambar 4.3 Sensor MQ-3.
4.2.4 LCD 4x16
LCD sistem kerja sebagai media informasi untuk mengetahui dan menampilkan masing-masing kadar alkohol yang telah terdeteksi oleh sensor. Gambar tersebut bisa dilihat pada Gambar 4.4.
4.2.5 LED
Pada lampu led ini adalah sejeis diode semikonduktor istimewa, seperti sebuah diode normal. Led terdiri dari sebuah chip bahan semikonduktor yang diisi penuh. Dan tegangan dari lampu led ini sendiri tdak memerlukan banyak-banyak daya yang membutuhkan voltase lebih. Dengan menggunakan lampu led ini bisa sangat menghemat energi daya listrik, karena sangat efisien. Serta juga fungsinya sangat bermanfaat walaupun bentuk fisiknya kecil tapi sering digunakan sebagai penanda pada sebuah alat-alat kebutuhan.
.Gambar tersebut bisa dilihat pada Gambar 4.5.
Gambar 4.5.Led
.
4.2.6 Push Button
Gambar 4.6 Push Button.
4.3 Implementasi Sensor MQ-3
Hasil penelitian dan pembahasan ini dilakukan pada waktu pengujian alat ukur kadar alkohol dan sensor MQ-3 yang telah diset pada mikrokontroler untuk mendeteksi dan membaca kadar alkohol pada minuman tersebut yang kemudian ditampilkan pada layar LCD hasil dari pendeteksian oleh sensor MQ-3 tersebut.Gambar tersebut bisa dilihat pada Gambar 4.7
4.4 Implementasi Softwar e di Mikrokontroler
Bagian implementasi proses ini menjelaskan mengenai implementasi
software di mikrokontroler, sebagaimana rancangan sistem yang telah dibuat pada
Langkah kedua adalah membuat program untuk inisialisasi Sensor MQ-3. Berikut ini adalah potongan program untuk Sensor MQ-3 yang digunakan untuk mengatur set nilai minimal dan batas maksimal tersebut.
Pada bab ini akan dibahas mengenai uji coba dan analisis pada hardware yang telah dirancang. Tujuan dari pengujian dan analisis ini adalah untuk mengetahui apakah hardware tersebut telah berfungsi dengan benar dan sesuai rancangan atau tidak. Pengujan dan analisis ini ditujukan pada pengujian komponen-komponen yang terdapat pada sistem serta pengujian Alat Ukur Kadar Alkohol Berbasis Mikrokontroler.
5.1 Pengujian Mikrokontroler
Berikut ini adalah pengujian alat atau komponen yang terdapat pada Alat
Ukur Kadar Alkohol Berbasis Mikrokontroler.
5.1.1 Uji Coba USB ISP MkII dan Mikr okontroler pada AVR Studio Ver sion 4.19
Pada bagian ini merupakan gambaran koneksi software dengan hardware dengan menggunakan alat bantu USB ISP Mk II, agar nantinya program bisa masuk antara komputer dengan hardware Atmega16A. Untuk uji coba ISP ini digunakan untuk mentransfer program dari aplikasi AVR Studio 4.19 ke mikrokontroler. Untuk melakukan transfer menggunakan downloader dan semua alat termasuk mikrokontroler harus dalam keadaan ON. Berikut adalah langkah-langkah pentransferan program CodeVision :
a. Hubungkan kabel USB dari mikrokontroler ke PC, lalun yalakan mikrokontroler dan keadaan alat dalam posisi ON.
c. Langkah yang ketiga yaitu buka aplikasi CodeVisionAVR dan pilih settings lalu pilih programmer lalu pilih AVR chip Programmer type USB ISP nya yaitu atmel AVRISP MkII (USB) yang akan ditampilkan seperti pada Gambar 5.1.
Gambar 5.1. Setting Downloader USB
d. Setelah selesai setting USB dilakukan maka program bisa di tranfer ke mikrokontroler, lalu mikrokontroler siap digunakan.
5.1.2 Pengujian Mikrokontroler ATmega 16A
Untuk menguji mikrokontroler ATmega 16A yang telah berisi sebuah
program dengan meletakkan ATmega 16A tersebut pada socket yang telah
dipasang pada PCB. Setelah itu, mikrokontroler ATmega 16A diberi tegangan
pada hardware sederhana sebesar 12 Volt. Setelah diberi tegangan, mikrokontroler
ATmega 16A dapat bekerja sesuai dengan perintah-perintah pada program dan
5.1.3 Pengujian Alat Secara Keseluruhan
Tujuan pengujian alat secara keseluruhan untuk mendapatkan hasil dan data-data secara keseluruhan dari awal rangkaian cek sensor alkohol sampai bekerjanya semua perangkat pada saat sistem tersebut dijalankan. Pengujian alat secara keseluruhan dapat dilakukan dengan adanya program yang telah tersimpan pada mikrokontroler
Dengan menjalankan program sesuai dengan fungsinya, maka sistem dapat berjalan sesuai dengan harapan yaitu pemberian pakan ikan sesuai dengan jadwal yang ditetukan dalam program. Apabila sistem tidak bekerja sesuai dengan harapan, maka telah terjadi kesalahan pada sistem tersebut.
5.2 Pengujian Alat Uku r Kadar Alkohol Berbasis Mikrokontroler
Berikut ini akan ditunjukkan cara kerja Alat Ukur Kadar Alkohol Berbasis Mikrokontroler secara keseluruhan untuk pengecekan kadar alkohol pada sensor.
5.2.1 Inisialisasi Sensor 1, 2, dan 3
Untuk pengujian Alat Ukur Kadar Alkohol Berbasis Mikrokontroler ini
memiliki inisialisasi sensor 1, 2, dan 3. Pada gambar 5.1. merupakan tampilan dari
LCD yang menampilkan inisialisasi sensor yang telah ditentukan dalam program.
Inisialisasi sensor 1, 2, dan 3 aktif.
Untuk inisialisasi sensor pada Alat Ukur Kadar Alkohol Berbasis
Mikrokontroler ini menampilkan bahwa sensor 1, 2, dan 3 aktif.
5.3 Pengujian Sensor MQ-3
Untuk pengujian sensor MQ-3 pada Alat Ukur Kadar Alkohol Berbasis Mikrokontroler ini. Yaitu memasukkan settingan sensor dan kemudian cek sensor
untuk proses pengecekan kadar alkohol tersebut yang akan di deteksi. Simulasi
dari proses tahap-tahap pengujian sensor dari mulai sensor 1, 2, dan 3 dengan
penyesuaian jarak yang berbeda dari 1,1 cm; 1,3 cm; 1,5 cm dan 1,7 cm. Berikut
hasil pengukuran pada setiap sensor dan kadar alkohol yang berbeda.
5.3.1 Uji Sensor 1
Pengecekan pada sensor 1 digunakan untuk mendeteksi kadar alkohol
sebesar 30%. Hasilnya dikeluarkan pada tampilan LCD berbeda-beda, sehingga pada setiap hasil ukur memiliki selisih yang berbeda-beda pula. Berikut hasil
pengukuran sensor.
a. Pengecekan sensor 1 pada alkohol 30% dengan jarak 1,1 cm tampak pada
gambar berikut ini:
Gambar 5.3 Uji Sensor 1 tahap Pertama
b. Pengecekan sensor 1 pada alkohol 30% dengan jarak 1,3 cm tampak pada
gambar berikut ini:
Gambar 5.4 Uji Sensor 1 tahap Kedua
Di atas menunjukkan kadar 33,5% yang telah terbaca oleh sensor selama proses pengujian dengan alkohol yang telah dituang pada gelas ukur dengan takaran 50ml. Untuk mencari keakuratan kalibrasi sensor.
c. Pengecekan sensor 1 pada alkohol 30% dengan jarak 1,5 cm tampak pada
gambar berikut ini:
Gambar 5.5 Uji Sensor 1 tahap Ketiga
d. Pengecekan sensor 1 pada alkohol 30% dengan jarak 1,7 cm tampak pada
gambar berikut ini:
Gambar 5.6 Uji Sensor 1 tahap Keempat
Di atas menunjukkan kadar 28,4% yang telah terbaca oleh sensor selama proses pengujian dengan alkohol yang telah dituang pada gelas ukur dengan takaran 50ml. Untuk mencari keakuratan kalibrasi sensor.
5.3.2 Uji Sensor 2
Pengecekan pada sensor 2 digunakan untuk mendeteksi kadar alkohol sebesar 10%, 20% dan 40%. Hasilnya dikeluarkan pada tampilan LCD berbeda-beda, sehingga pada setiap hasil ukur memiliki selisih yang berbeda-beda pula. Berikut hasil pengukuran sensor.
e. Pengecekan sensor 2 pada alkohol kadar 10% dengan jarak ukur 1,1 cm tampak pada gambar dibawah ini:
Di atas menunjukkan kadar 14,1% yang telah terbaca oleh sensor selama proses pengujian dengan alkohol yang telah dituang pada gelas ukur dengan takaran 50ml. Untuk mencari keakuratan kalibrasi sensor.
f. Pengecekan sensor 2 pada alkohol kadar 10% dengan jarak ukur 1,3 cm tampak pada gambar dibawah ini:
Gambar 5.8 Uji Sensor 2 tahap Kedua
Di atas menunjukkan kadar 12,1% yang telah terbaca oleh sensor selama proses pengujian dengan alkohol yang telah dituang pada gelas ukur dengan takaran 50ml. Untuk mencari keakuratan kalibrasi sensor.
g. Pengecekan sensor 2 pada alkohol kadar 50% dengan jarak ukur 1,5 cm tampak pada gambar dibawah ini:
Gambar 5.9 Uji Sensor 2 Tahap Ketiga
h. Pengecekan sensor 2 pada alkohol kadar 10% dengan jarak ukur 1,3 cm tampak pada gambar dibawah ini:
Gambar 5.10 Uji Sensor 2 tahap Keempat
Di atas menunjukkan kadar 9,5% yang telah terbaca oleh sensor selama proses pengujian dengan alkohol yang telah dituang pada gelas ukur dengan takaran 50ml. Untuk mencari keakuratan kalibrasi sensor.
i. Pengecekan sensor 2 pada alkohol kadar 20% dengan jarak ukur 1,1 cm tampak pada gambar dibawah ini:
Gambar 5.11 Uji Sensor 2 tahap Kelima
Di atas menunjukkan kadar 23,2% yang telah terbaca oleh sensor selama proses pengujian dengan alkohol yang telah dituang pada gelas ukur dengan takaran 50ml. Untuk mencari keakuratan kalibrasi sensor.
Gambar 5.12 Uji Sensor 2 tahap Keenam
Di atas menunjukkan kadar 21,4% yang telah terbaca oleh sensor selama proses pengujian dengan alkohol yang telah dituang pada gelas ukur dengan takaran 50ml. Untuk mencari keakuratan kalibrasi sensor.
k. Pengecekan sensor 2 pada alkohol kadar 20% dengan jarak ukur 1,5 cm tampak pada gambar dibawah:
Gambar 5.13 Uji Sensor 2 tahap Ketujuh
Di atas menunjukkan kadar 20,0% yang telah terbaca oleh sensor selama proses pengujian dengan alkohol yang telah dituang pada gelas ukur dengan takaran 50ml. Untuk mencari keakuratan kalibrasi sensor.
