PENDETEKSI TINGKAT KEKERUHAN AIR BERBASIS
MIKROKONTROLLER ATMEGA 8535 DENGAN SENSOR TURBIDITY DFROBOT V1.0
SKRIPSI
M. ARI FAHRIL 120801028
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2017
PENDETEKSI TINGKAT KEKERUHAN AIR BERBASIS
MIKROKONTROLLER ATMEGA 8535 DENGAN SENSOR TURBIDITY DFROBOT V1.0
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
M. ARI FAHRIL 120801028
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2017
PERSETUJUAN
Judul : Pendeteksi tingkat kekeruhan air berbasis mikrokontroller ATMega8535 dengan sensor Turbidity DFROBOT V1.0
Kategori : Skripsi
Nama : M. Ari Fahril
Nomor Induk Mahsiswa : 120801028
Program Studi : Sarjana (S1) Fisika Departemen : FISIKA
Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Disetujui di Medan, Januari 2017
Komisi Pembimbing :
Pembimbing 1, Pembimbing 2,
(Prof.Dr. MarhaposanSitumorang) (Drs. Takdir Tamba, M.Eng, Sc) NIP. 195510301980031003 NIP. 196006031986011002
Disetujui Oleh
Departemen Fisika FMIPA USU Ketua,
(Prof.Dr. Marhaposan Situmorang) NIP. 195510301980031003
PERNYATAAN
PENDETEKSI TINGKAT KEKERUHAN AIR BERBASIS MIKROKONTROLER ATMega8535 DENGAN SENSOR TURBIDITY
DFROBOT V1.0
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Januari 2017
M. Ari Fahril 120801028
PENGHARGAAN
Segala Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT yang telah memberikan kesehatan jasmani dan rohani dimana selama penulis melaksanakan studi hingga menyelesaikan skripsi ini sesuai dengan waktu yang telah ditetapkan berjalan dengan lancar. Selama kuliah sampai penyelesaian tugas akhir ini, penulis mendapatkan banyak bantuan dalam moril, materi, dorongan, serta bimbingan dari berbagai pihak oleh karena itu dengan sepenuh hati, penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya:
1. Kepada Bapak Prof.Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika, dan Drs. Syahrul Humaidi, M,Sc selaku Sekretaris Departemen Fisika FMIPA USU, Bang Johaidin, Kak Tini dan Kak Yuspa selaku staff Departemen Fisika, seluruh dosen, staff dan pegawai Departemen Fisika FMIPA USU yang telah membantu dan membimbing dalam menyelesaikan skripsi ini. Dan juga kepada semua staff, pegawai dan dosen-dosen Universitas Sumatera Utara mulai dari staff tertinggi hingga terendah dimana penulis menimba ilmu selama ini.
2. Kepada Bapak Prof.Dr. Marhaposan Situmorang dan Drs. Takdir Tamba, M.Eng. Sc dan Bapak selaku Dosen Pembimbing yang telah meluangkan waktu untuk membimbing, mengarahkan dan memberikan kepercayaan kepada penulis dalam melaksanakan penelitian hingga penyelesaian penulisan skripsi ini.
3. Kepada kedua orang tua penulis, kepada Ayahanda tersayang Alm. M. Yusuf, dan Ibunda tercinta Nurhayati yang telah mendidik dan membesarkan penulis.
Yang menjadi penyemangat dan inspirasi bagi penulis. Yang telah berjuang bersusah payah, hingga penulis bisa melanjutkan studi dan menyelesaikan penulisan skripsi ini serta memberikan dorongan, material, perhatian dan doa yang tak henti-hentinya kepada penulis.
4. Kepada abang dan kakak Penulis tercinta Eka khairisma, Fachrul Razi, Maya Dara Sufani, dan Zulfahmi dan seluruh keluarga besar yang telah memberikan dukungan, doa dan memberikan semangat kepada penulis.
5. Kepada teman-teman Seperjuangan PHYSIC ON FIRE (Fisika 2012) yang senantiasa memberi semangat dan dukungan serta kasih sayang dari awal kuliah sampai akhir.
6. Kepada teman-teman Asisten Laboratorium Fisika Dasar : Adin, digo, bg ridho,topoy, dodi, halim, bang fauzi, giass, reza, hardi, zaki, yosatria, kumara, nur rahmah, fitri, miska, yara, suci, annisa, wanna, putri, ardi, fiqhi, aslam dan amalia atas dukungan dan kerjasamanya selama ini.
7. Kepada Pengurus IMF (Ikatan Mahasiswa Fisika) yang telah menjadi wadah kerja dan sumber semangat dalam penulisan skripsi ini.
8. Kepada abang, kakak dan Adik-adik Penulis Fisika, Stambuk 2014 (Physics Immortal), Stambuk 2015 (Physics Unity) dan Stambuk 2016 (Physics Reform) atas semua dukungan dan doa dalam penulisan skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi penyempurnaan isi dan analisa yang disajikan. Akhir kata, semoga tulisan ini bermanfaat bagi yang membutuhkannya.
PENDETEKSI TINGKAT KEKERUHAN AIR BERBASIS MIKROKONTROLER ATMega8535 DENGAN SENSOR
TURBIDITY DFROBOT V1.0
ABSTRAK
Telah dirancang suatu alat pendeteksi kekeruhan air dengan menggunakan mikrokontroler ATMega8535. Alat ini terdiri dari Sensor Fotodioda, LED Inframerah, LCD, dan Buzzer. Prinsip kerja alat ini adalah sistem pendeteksi akan mendeteksi objek yaitu air yang kemudian emisi cahaya yang dikeluarkan LED akan diteruskan ke sensor fotodioda. Emisi cahaya yang masuk bergantung pada jenis air. Jika air keruh, maka emisi cahaya LED akan berkurang, maka pembacaaan sensor fotodioda juga berbeda terhadap jenis airnya. Perubahan resistansi dari fotodioda akan dilanjutkan ke ATMega8535, karena keluaran sistem sensor analog, diperlukan ADC untuk mengkonversi sinyal ke digital, selanjutnya data diolah dan hasilnya ditampilkan melalui LCD.
Kata Kunci : LCD, Mikrokontroler ATMega8535, Sensor Fotodioda, Turbiditas.
WATER TURBIDITY LEVEL DETECTION BASED MICROCONTROLLER ATMEGA 8535 WITH TURBIDITY
SENSOR DFROBOT V1.0
ABSTRACT
A water turbidity detector has designed using a microcontroller ATMega8535.
This device consists of a photodiode sensors, Infrared L ED, LCD and Buzzer.
The working principle of this device detection systems would detected a objects that water then light emission released by LED and would be forwarded to photodiode sensor. Incoming light emission depends on the type of water. If the water is cloudy, The light emission LED would be reduced and also reading photodiode sensor are different to the type of water. The change in resistance from photodiode will continued to ATMega8535 because output analog sensor systems is required ADC to convert a signal to digital. After that, the data is processed and the results displayed via the LCD.
Keywords: LCD, Microcontroller ATMega 8535, Photodiodes Sensor, Turbidity.
DAFTAR ISI
Halaman
Persetujuan i
Pernyataan ii
Penghargaan iii
Abstrak v
Abstrac vi
Daftar Isi vii
Daftar Tabel x
Daftar Gambar xi
Daftar Lampiran xiii
Bab 1. Pendahuluan
1.1. LatarBelakang 1
1.2. Rumusan Masalah 2
1.3. Batasan Masalah 2
1.4. Tujuan Penelitia 2
1.5. Manfaat Penelitian 2
1.6. Metodologi Penelitian 3
1.7. Sistematika Penulisan 4
Bab 2. Tinjauan Pustaka 2.1 Kekeruhan 5
2.2 Sensor Fotodioda 6
2.3 Mikrokontroler AVR ATMega 8535 9
2.3.1 Arsitektur AVR ATmega 8535 10
2.3.2 Konfigurasi pin Mikrokontroler ATmega 8535 11
2.3.3 Deskripsi pin-pin pada Mikrokontroler ATMega8535 12
2.3.4 Peta Memori ATmega 8535 13
2.3.5 Memori Program dan Data 15
2.3.6 Status Register 16
2.3.7 Fitur ATMega 8535 16
2.4 Liquid Crystal Display (LCD) 16
2.4.1 Register pada LCD 18
2.5 Power Supply 19
2.5.1 Power supply berdasarkan fungsi 19
2.5.2 Power supply berdasarkan bentuknya 20
2.5.3 Power supply berdasarkan metode konversinya 20
2.6 LED 22
2.6.1 Teknologi LED 23
2.6.2 Emisi cahaya 24
2.6.3 Polarisasi 24
2.6.4 Tegangan maju 24
2.6.5 Sirkuit LED 25
2.6.6 Substrat LED 25
Bab 3. Perancangan Sistem 3.1 Diagram Blok 26
3.1.1 Fungsi Tiap Blok 26
3.2 Rangkaian Mikrokontroler ATMega8535 27
3.3 LCD 16 x2 28
3.4 Rangkaian Power Suplay 28
3.5 Rangkaian Sensor fotodioda 29
3.6 Rangkaian Lengkap 30
3.6 Diagram alir 31
Bab 4. Pengujian Alat dan Program 4.1 Pengujian Rangkaian Mikrokontroler ATMega 8535 32
4.2 Pengujian Rangkaian Sensor Turbidity DFROBOT V1.0 34
4.3 Pengujian Rangkaian LCD 36
4.4 Pengujian Rangkaian Power Supply 36 4.5 Pengujian Rangkaian Keseluruhan 37
4.6 Hasil Pembacaan dan Grafik 40
4.7 Pembahasan 45
Bab 5 Kesimpulan dan Saran
5.1 Kesimpulan 47
5.2 Saran 47
Daftar Pustaka
Lampiran
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
Tabel
Table 2.1 Deskripsi pin-pin AVR ATmega 8535 12
Tabel 4.4 Tegangan input dan output pada Pengujian Power
Supply 36
Tabel 4.5 Hasil pembacaan sensor turbidity DFROBOT V1.0 dengan turbidity meter XTM 100 Inscien Pro. 38
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
Gambar
Gambar 2.1 Turbidity meter 5
Gambar 2.2 Sensor Fotodioda 8
Gambar 2.3 Konfigurasi Pin Mikrokontroler ATmega8535 12
Gambar 2.4 Memori AVR ATMega8535 15
Gambar 2.5 StatusRegister 15
Gambar 2.6 LCD 20x4 18
Gambar 2.7 Bentuk dan Simbol LED 23
Gambar 2.8 LED 23
Gambar 3.1 Diagram Blok 26
Gambar 3.2 Rangkaian mikrokontroler ATMega8535 27 Gambar 3.3 Rangkaian LCD 28 Gambar 3.4 Rangkaian Power Supply 29 Gambar 3.5 Rangkaian Sensor Fotodioda 29
Gambar 3.6 Rangkaian Lengkap 30
Gambar 3.7 Diagram alir 31
Gambar 4.1 Mikrokontroller dalam keadaan baik 33
Gambar 4.2 Mikrokontroller dalam keadaan rusak 33 Gambar 4.3 Tampilan Pada LCD 36
Gambar 4.4 Pengujian Power Supply 37
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Lampiran Halaman
1. Gambar Rangkaian Keseluruhan Alat Lampiran 1
2. Kode Program Lampiran 2
3. Gambar Alat Lampiran 3
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Air merupakan sumber kehidupan yang sangat diperlukan oleh Makhluk hidup, Seperti untuk kebutuhan sehari-hari, sarana Transportasi dan sebagai Sumber energi Seperti untuk PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Air).
Air dapat digolongkan menjadi dua bagian yaitu air bersih dan air kotor yang keduanya memiliki karakteristik masing- masing. Air bersih merupakan salah satu jenis sumber daya air yang bermutu baik dan dapat dimanfaatkan oleh manusia untuk dikonsumsi atau melakukan aktivitas sehari-hari. Namun sekarang air banyak mendapat pencemaran baik secara langsung maupun tidak langsung akan mempengaruhi kualitas air yang menyebabkan kekeruhan pada air.
Air keruh merupakan salah satu ciri air yang tidak bersih dan tidak sehat.
Kekeruhan pada air biasanya disebut dengan turbiditas. Kekeruhan ini disebabkan oleh adanya benda tercampur atau benda koloid di dalam air. Pengukuran kekeruhan adalah tes kunci dari kualitas air.
Turbidimeter adalah alat ukur untuk mendeteksi kekeruhan air yang menggunakan efek cahaya sebagai dasar untuk mengukur keadaan air baku dengan satuan NTU (nephelometrix turbidity unit) atau JTU (jackson turbidity unit) atau FTU (formazin turbidity unit). Akan tetapi alat tersebut memiliki harga yang mahal, sehingga hanya pihak pihak (biasanya perusahaan) tertentu saja yang memilikinya.
Dalam hal ini penulis bermaksud merancang bangun alat pendeteksi tingkat kekeruhan air yang akan digunakan untuk menguji kualitas dari air tersebut menggunakan sensor turbidity DFROBOT V1.0. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan sebelumnya, diperoleh hasil pengukuran untuk sampel air keran toilet sebesar 8,9 NTU, aquadest sebesar 12 NTU dan air minuman coca cola sebesar 32 NTU. Dari sini, penulis bermaksud untuk menyempurnakan penelitian yang telah dilakukan sebelumnya.
1.2 Rumusan Masalah
Dari uraian latar belakang di atas, maka perumusan masalahnya adalah sebagai berikut :
1. Bagaimana merancang sensor turbidity dengan pembacaan hasil nilai NTU untuk dapat dikonversikan dalam bentuk tegangan.
2. Bagaimana merancang sensor turbidity agar dapat menghasilkan data yang lebih banyak dan lebih akurat dengan mengkalibrasi sensor dengan alat turbidimeter standard yaitu Turbidity meter XTM 100 Inscien Pro.
1.3 Batasan Masalah
Untuk menghindari adanya pembahasan di luar materi dalam mengerjakan penelitian ini, maka batasan masalah terdiri dari :
1. Rancangan menggunakan sensor turbidity DFROBOT V1.0 dalam mendeteksi kekeruhan air .
2. Komponen pemroses yang digunakan adalah mikrokontroler ATMega8535
3. Pengujian sampel menggunakan bubuk kopi.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dilakukan penelitian ini adalah
1. Merancang alat yang dapat mendeteksi tingkat kekeruhan air dengan menggunakan sensor turbidityDFROBOT V1.0
2. Untuk mengetahui kemampuan sensor dalam mengukur kekeruhan air dengan melakukan perbandingan nilainya ke alat turbidimeter standard yaitu Turbidity meter XTM 100 Inscien Pro.
1.5 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat baik untuk penulis sendiri, mahasiswa, institusi, ataupun masyarakat pengguna pada umumnya.
1. Bagi penulis bermanfaat sebagai penerapan ilmu yang telah di dapat selama perkuliahan yang berhubungan dengan manfaat sensor pada kehidupan sehari – hari.
2. Dapat melakukan pendeteksian dengan lebih efisien dan efektif serta murah.
3. Bagi institusi pendidikan diharapkan hasil penelitian ini bisa digunakan sebagai referensi untuk melakukan penelitian berikutnya ataupun untuk bahan pembelajaran.
1.6 Metodologi Penelitian
Pada pembuatan tugas akhir ini digunakan metode studi literature, konsultasi dengan pembimbing, perancangan sistem, dan pengambilan data serta analisanya.
1. Metode literatur
Studi pustaka sebagai persiapan dalam melakukan penelitian dengan mencari dan mengumpulkan referensi mengenai sensor fotodioda dan mikrokontroler ATMega8535
2. Metode Konsultasi
Berkonsultasi secara interaktif dengan pembimbing di Universitas Sumatera Utara.
3. Metode Perancangan Sistem
Melakukan penelitian dan perancangan alat secara langsung di Balai Teknik Kesehatan Lingkungan dan Pengendalian Penyakit (BTKLPP) kelas 1 Medan dan juga di Laboratorium Fisika Dasar Universitas Sumatera Utara.
4. Metode Pengambilan Data dan Analisa
Mengambil data yang diperoleh setelah pengujian.
1.7 Sistematika Penulisan
Adapun sistematika dalam penulisan skripsi ini mencakup beberapa bab dan subbab seperti dijelaskan di bawah ini :
BAB I Pendahuluan
Bab ini mencakup latar belakang penelitian, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, metode penelitian dan sistematika penulisan.
BAB II Tinjauan Pustaka
Bab ini membahas tentang landasan teori yang menjadi acuan untuk pengambilan data, analisa data serta pembahasan.
BAB III Perancangan Sistem
Bab ini mencakup perancangan dan sistem kerja.
BAB IV Pengujian dan Analisa sistem
Bab ini membahas pengujian pemakaian alat pendeteksi kekeruhan air, pengambilan data dan analisa sistem secara keseluruhan.
BAB V Kesimpulan
Bab ini berisi tentang kesimpulan alat pendeteksi kekeruhan air dan saran-saran yang dikemukakan berdasarkan pada saat penelitian.
Daftar Pustaka
Berisi referensi-referensi yang telah digunakan selama pembuatan Tugas Akhir ini sebagai acuan yang mendukung.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Kekeruhan (Turbiditas)
Kekeruhan menggambarkan sifat optik air yang ditentukan berdasarkan banyaknya cahaya yang diserap dan dipancarkan oleh bahan-bahan yang terdapat dalam air. Kekeruhan disebabkan oleh adanya bahan organik dan anorganik yang tersuspensi dan terlarut (misalnya lumpur dan pasir halus), maupun bahan anorganik dan organic yang berupa plankton dan mikro organism lain.
Kekeruhan dinyatakan dalam satuan turbiditas. Peralatan yang pertama kali digunakan untuk mengukur turbiditas atau kekeruhan adalah Jackson Candler Turbidimeter. Pengukuran kekeruhan dengan menggunakan Jackson Candler Turbidimeter bersifat visual, yaitu membandingkan air sampel dengan standar.
Selain dengan menggunakan Jackson Candler Turbidimeter, kekeruhan sering diukur dengan metode Nephelometric. Pada metode ini, sumber cahaya dilewatkan pada sampel dan intensitas cahaya yang dipantulkan oleh bahan-bahan penyebab kekeruhan akan diukur. Satuan kekeruhan yang diukur dengan menggunakan metode Nephelometric adalah NTU (Nephelometric Tubidity Unit).
Turbidity Meter adalah salah satu alat umum yang biasa digunakan untuk keperluan analisa kekeruhan air atau larutan.
Gambar 2.1 Turbidity meter
Turbidity meter merupakan alat pengujian kekeruhan dengan sifat optik akibat dispersi sinar dan dapat dinyatakan sebagai perbandingan cahaya yang dipantulkan terhadap cahaya yang datang. Intensitas cahaya yang dipantulkan oleh suatu suspensi padatan adalah fungsi konsentrasi jika kondisi-kondisi lainnya
konstan. Alat ini banyak digunakan dalam pengolahan air bersih untuk memastikan bahwa air yang akan digunakan memiliki kualitas yang baik dilihat dari tingkat kekeruhannya.
Penting untuk diketahui bahwa kekeruhan adalah ukuran kejernihan sampel, bukan warna. Air dengan penampilan keruh atau tidak tembus pandang dapat dipastikan memiliki tingkat atau kadar kekeruhan yang tinggi, sementara air yang jernih atau tembus pandang pasti memiliki kadar kekeruhan lebih rendah. Nilai kekeruhan yang tinggi dapat disebabkan oleh partikel yang terlarut dalam air seperti lumpur, tanah liat, mikroorganisme, dan material organik. Berdasarkan keterangan diatas, kekeruhan bukan merupakan ukuran langsung dari partikel- partikel akan tetapi merupakan suatu ukuran bagaimana sebuah partikel menghamburkan cahaya dalam suatu cairan. Pengukuran atau analisa kekeruhan dan kejernihan pada air sangat penting dalam proses industri, seperti pada produksi air minum atau minuman, pengolahan makanan, dan instalasi pengolahan air minum. Serta dalam pengolahan sumber air bersih. Dalam proses pengolahan dan produksi air minum, nilai kekeruhan dapat dijadikan sebagai indikator keberadaan bakteri patogen, atau partikel yang dapat melindungi organisme berbahaya dari proses desinfeksi. Oleh sebab itu, pengukuran tingkat kekeruhan sangat berguna untuk instalasi pengolahan air untuk memastikan kebersihan nya. Pada proses industri, kekeruhan dapat menjadi bagian dari Quality Control untuk memastikan efisiensi dalam pengolahan atau proses industri terkait.
Satuan kekeruhan yang diukur dengan metode Nephelometric adalah NTU (Nephelometric Turbidity Unit) dan Sesuai dengan SK MENKES NO.
907/MENKES/SK/VII/2002 kadar maksimal angka kekeruhan yang diperbolehkan adalah 5 NTU. Dengan kata lain, air yang memiliki nilai dibawah angka 5 NTU termasuk golongan air bersih, seperti contoh air PDAM.
2.2 Sensor Fotodioda
Photodioda dibuat dari semikonduktor dengan bahan yang populer adalah silicon ( Si) atau galium arsenida ( GaAs), dan yang lain meliputi InSb, InAs, PbSe. Material ini menyerap cahaya dengan karakteristik panjang gelombang
mencakup: 2500 Å – 11000 Å untuk silicon, 8000 Å – 20,000 Å untuk GaAs.
Ketika sebuah photon (satu satuan energi dalam cahaya) dari sumber cahaya diserap, hal tersebut membangkitkan suatu elektron dan menghasilkan sepasang pembawa muatan tunggal, sebuah elektron dan sebuah hole, di mana suatu hole adalah bagian dari kisi-kisi semikonduktor yang kehilangan elektron. Arah Arus yang melalui sebuah semikonduktor adalah kebalikan dengan gerak muatan pembawa.cara tersebut didalam sebuah photodiode digunakan untuk mengumpulkan photon – menyebabkan pembawa muatan (seperti arus atau tegangan) mengalir/terbentuk di bagian-bagian elektroda.
Saat photodiode terkena cahaya, maka akan bersifat sebagai sumber tegangan dan nilai resistansinya akan menjadi kecil.
Saat photodiode tidak terkena cahaya, maka nilai resistansinya akan besar atau dapat diasumsikan tak hingga.
Ket : besarnya tegangan atau arus listrik yang dihasilkan oleh photodiode tergantung besar kecilnya radiasi yang dipancarkan oleh infrared
Photodioda digunakan sebagai penangkap gelombang cahaya yang dipancarkan oleh Infrared. Besarnya tegangan atau arus listrik yang dihasilkan oleh photodioda tergantung besar kecilnya radiasi yang dipancarkan oleh infrared.
Photo dioda adalah sensor cahaya yang termasuk kategori sensor cahaya photo conductive yaitu sensor cahaya yang akan mengubah perubahan intensitas cahaya yang diterima menjadi perubahan konduktansi pada terminal sensor tersebut. Dioda photo merupakan sensor cahaya yang akan mengalirkan arus listrik satu arah saja dimana akan menglirkan arus listrik dari kaki anoda ke kaki katoda pada saat menerima intensitas cahaya. Photo dioda sering digunakan pada aplikasi penerima cahaya infra merah.
Karakteristik photo dioda
Photodioda mempunyai respon 100 kali lebih cepat daripada phototransistor
Dikemas dengan plastik transparan yang juga berfungsi sebagai lensa.
Lensa tsb lebih dikenal sebagai ‘lensa fresnel’ dan ‘optical filter’
Penerima infra merah juga dipengaruhi oleh ‘active area’ dan ‘respond time’
Photodioda digambarkan dengan simbol dioda dengan tanda panah kedalam. Jika diperhatikan, simbol dioda photo ini merupakan kebalikan dari LED, jika led panahnya keluar mka dioda photo panahnya kedalam. Ada bermacam-macam bentuk fisik dioda photo, ada yang berbentuk persis dengan LED, ada juga yang berbentuk seperti sensor dan banyak jenis–jenis bentuk dari diode photo dan lain-lain.
Berikut ini simbol dan contoh bentuk fisik dioda photo :
Gambar 2.2 Sensor Fotodioda
P-N Junction dan Area penipisan (Depletion Region) adalah bagian terpenting dalam cara kerja dioda photo. Daerah kerja dioda photo dibuat ketika dopan tipe P dengan hole-nya bertemu dengan dopan tipe N sehingga terisi elektron dari semikonduktor tipe N tersebut. Pertemuan antara hole dan elektron ini menyebabkan aliran arus. Ketika cahaya masuk ke dioda photo dengan intensitas yang cukup maka cahaya akan diserap untuk membentuk pasangan elektron dan hole. Pasangan inilah yang memungkinkan aliran arus listrik. Dioda photo dapat diaplikasikan pada rangkaian elektronika sebagai sensor cahaya. Dioda photo banyak dipakai untuk keperluan sensor seperti pada otomatisasi industri. Dioda photo juga ada yang dikombinasikan dengan led menjadi satu komponen seperti komponen opto coupler yang salah satu fungsinya mengisolasi antara ground hot (nyetrum) dan ground cold (aman) pada rangkaian SMPS.
Dioda photo dapat dikerjakan dengan dua mode, yaitu mode photovoltaik dan photoconductive. Pemilihan mode tergantung pada kebutuhan kecepatan aplikasi, dan jumlah arus gelap yang tersedia. Dalam modus photovoltaik, arus saat gelap adalah minimal. Dioda menunjukkan perubahan yang lebih cepat ketika dioperasikan dalam mode photokonduktif. Untuk lebih jelas, berikut ini penjelasan dari kedua mode tersebut.
Mode Photovoltaik
Mode photovoltaik adalah mengambil tegangan kecil yang dihasilkan oleh photodiode saat terkena cahaya lalu menguatkannya dengan sebuah op-amp agar bisa terbaca. Semakin besar intensitas cahaya maka tegangan yang dihasilkan akan semakin besar dan begitu juga sebaliknya.
Mode photovoltaik ini mirip dengan cara kerja solar cell hanya saja tegangan yang dihasilkan sangat kecil. Ciri penggunaan dioda photo dengan mode photovoltaik adalah tidak adanya resistor bias yang menuju dioda.
Mode Photoconductive
Mode photoconductive adalah menggunakan perubahan arus yang mengalir pada dioda photo saat terkena cahaya. Kita bisa membuat konversi perubahan arus ini menjadi perubahan tegangan dengan cara memasang sebuah resistor bias sehingga akan membentuk sebuah gambar rangkaian, yaitu rangkaian pembagi tegangan.
2.3 Mikrokontroler ATMega 8535
Atmel AVR adalah jenis mikrokontroler yang paling sering dipakai dalam bidang elektronika dan instrumentasi. Mikrokontroler AVR ini memiliki arsitektur RISC (Reduce Instruction Set Computer) delapan bit, di mana semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit (16 bits word) dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 (satu ) siklus clock.
Mikrokontroler AVR ATMega 8535 mempunyai 40 kaki, 32 kaki digunakan untuk keperluan port pararel. Setiap port teriri dari 8 pin, sehingga terdapat port yaitu Port A (PA0..PA7), Port B (PB0..PB7), Port C (PC0..PC7), Port D (PD0..P7).
VCC merupakan Pin yang berfungsi sebagai pin masukan catudaya.
GND merupakan Pin Ground.
Port A (PA0...PA7) merupakan pin I/O dan pin masukan ADC.
Port B (PB0...PB7) merupakan pin I/O dan pin yang mempunyai fungsi khusus yaitu Timer/Counter, komparator Analog dan SPI.
Port C (PC0...PC7) merupakan port I/O dan pin yang mempunyai fungsi khusus, yaitu komparator analog dan Timer Oscillator.
Port D (PD0...PD7) merupakan port I/O dan pin fungsi khusus yaitu komparator analog dan interrupt eksternal serta komunikasi serial.
RESET merupakan pin yang digunakan untuk mereset mikrokontroler.
XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal AVCC merupakan pin masukan untuk tegangan ADC.
AREF merupakan pin masukan tegangan referensi untuk ADC.
Mikrokontroler ATMega 8535 juga merupakan mikrokontroler 8-bit teknologi CMOS dengan konsumsi daya rendah berbasis arsitektur RISC.
Instruksi dikerjakan pada satu siklus clock, ATMega 8535 mempunyai throughput mendekati 1 MIPS per MHZ, hal ini membuat ATMega 8535 dapat bekerja dengan kecepatan tinggi. Mikrokontroler AVR memiliki arsitektur RIZC 8 bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 siklus clock. Fungsi ATMEGA 8535 pada alat ini adalah pengendali utama system yaitu membaca suhu, dari sensor dan mengendalikan pendingin pada beberapa ruangan.
2.3.1 Arsitektur AVR ATmega 8535
Mikrokontroler AVR memiliki arsitektur RISC 8 bit, dimana semua intruksi dikemas dalam kode 16-bit dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 (satu) siklus clock, berbeda dengan instruksi MCS51 yang membutuhkan 12 siklus clock. Selain itu AVR berteknologi RISC (Reduced Instruction Set Computing).
Secara garis besar arsitektur mikrokontroler ATMega8535 memiliki bagian sebagai berikut :
1. Port I/O 32 bit, yang dikelompokkan dalam Port A, Port B, Port C dan Port D.
2. Analog to Digital Converter 10-bit sebanyak 8 input.
3. Timer/counter sebanyak 3 buah dengan compare mode.
4. CPU 8 bit yang terdiri dari 32 register.
5. SRAM sebesar 512 byte.
6. Memory Flash sebesar 8 Kbyte dengan kemampuan read while write.
7. Interupsi Internal maupun eksternal.
8. Port Komunikasi SPI.
9. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi.
10. Analog Comparator.
11. Komunikasi serial standar USART dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps.
Frekuensi clock maksimum 16 MHz.
12. PORT USART untuk komunikasi serial.
Media penyimpan program berupa flash memory, sedangkan penyimpan data berupa SRAM (Static Random Acces Memory) dan EEPROM (Electrical Erasable Programmable Read Only Memory). Untuk komunikai data tersedia fasilitas SPI (Serial Peripheral Interface), USART (Universal Shynchronous and Asyncrhonous Serial Receiver and Transmitter), serta TWI (Two-wire Serial Interface). Di samping itu terdapat fitur tambahan, antara lain AC (Analog Comparator), 8 kanal 10-bit ADC (Analog to Digital Converter), 3 buah Timer/Counter, WDT (Watchdog Timer), manajemen penghematan daya (Sleep Mode), serta osilator internal 8 Mhz. seluruh fitur terhubung ke bus 8 bi. Unit interupsi menyediakan sumber interupsi hingga 21 macam.
2.3.2 Konfigurasi pin Mikrokontroler ATmega 8535
Di bawah merupakan konfigurasi pin mikrokontroler AVR ATmega 8535 yaitu : 1. VCC : merupakan pin yang berfungsi sebagai masukan pin catu
daya.
2. GND : merupakan pin ground.
3. Port A (PA0..PA7 : merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC.
4. Port B (PB0..PB7) : merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu timer/counter, komparator analog dan SPI.
5. Port C (PC0..PC7) : merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu TWI, komparator analog, input ADC dan Timer Oscilator.
6. Port D (PD0..PD7) : merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus yaitu komparator analog, interupsi eksternal dan komunikasi serial.
7. RESET : merupakan pin yang digunakan untuk mereset mikrokontroler.
8. XTAL1 dan XTAL2 : merupakan pin masukan clock eksternal.
9. AVCC : merupakan pin masukan tegangan untuk ADC.
10. AREF : merupakan pin masukan tegangan referensi ADC.
Gambar 2.3 Konfigurasi Pin Mikrokontroler ATmega8535
2.3.3 Deskripsi pin-pin pada Mikrokontroler ATMega8535
Untuk keterangan lebih lanjut dibawah ini merupakan sebuah tabel yang menjelaskan konfigurasi pin mikrokontroler ATmega 8535 secara rinci, yaitu:
Tabel 2.1 Deskripsi pin-pin AVR ATmega 8535
No.Pin Nama Pin Keterangan
10 VCC Catu daya
11 GND Ground
40 – 33 Port A : PA0- PA7 (ADC0- ADC7)
Port I/O dua arah dilengkapi internal pull up resistor. Port ini juga dimultipleks dengan masukan analog ke ADC 8 kanal
1-7 Port B : PB0 – PB7
Port I/O dua arah dilengkapi internal pull up resistor.Fungsi lain dari port ini masing masing adalah :
PB0 : To (timer/counter0 external counter input)
PB1 : T1 (timer/counter1 external conter input)
PB2 : AIN0 (analog comparator positive input)
PB3 : AIN1 (analog comparator positive input)
PB4 : SS (SPI slave select input)
PB5 : MOSI (SPI bus master input/slave input)
PB6 : MISO (SPI bus master input/slave input)
PB7 : SCK (SPI bus serial clock) 22 – 29 Port C : PC 0
– PC 7
Port I/O dua arah dilengkapi internal pull up resistor. Dua pin yaitu PC6 dan PC7 berfungsi sebagai osilator eksternal untuk timer/counter 2.
14-21 Port D : PD0 – PD7
Port I/O dua arah dilengkapi internal pull up resistor. Fungsi lain dari port ini masing masing adalah :
PD0 : RXD (UART input line) PD1 : TXD (UART input line)
PD2 : INT0 (eksternal interrupt 0 input) PD3 : INT 1 (eksternal interrupt 1 input) PD4 : OC1B ( timer/counter 1 output compare B match input)
PD5 : OC1A ( timer/counter 1 output
compare A match input)
PD6 : ICP (timer/counter1 input capture pin)
PD7 : OC2 (timer/counter2 output compare match output)
9 RESET Masukan reset. Sebuah reset terjadi jika pin ini diberi logika low melebihi periode minimum yang diperlukan.
13 XTAL 1 Masukan ke inverting oscillator
amplifier dan masukan ke rangkaian internal clock.
12 XTAL 2 Keluaran dari inverting oscillator amplifier
30 AVCC Catu daya untuk port A dan ADC
31 AGND Analog Ground
32 AREF Refrensi masukan analog untuk ADC
2.3.4 Peta Memori ATmega 8535
Mikrokontroler AVR Atmega 8535 memiliki dua jenis memori yaitu (1) memori data (SRAM) dan (2) memori program (memori Flash). Di samping itu juga dilengkapi dengan EEPROM (Electrical Erasable Programmable Read Only Memory) untuk penyimpanan data tambahan yang bersifat non-volatile. Memori EEPROM ini mempunyai lokasi yang terpisah dengan 14ontro register alamat, register data dan register kontrol yang dibuat khusus untuk EEPROM.
2.3.5 Memori Program dan Data Memori data dibagi menjadi tiga yaitu :
1. Terdapaat 32 register keperluan umum (general purpose register_GPR biasa disebut register file di dalam teknologi RISC)
2. Terdapat 64 register untuk keperluan input/output (I/O register)
3. Terdapat 512 byte SRAM internal. Selain itu, terdapat pula EEPROM 512 byte sebagai memori data yang dapat diprogram saat beroperasi. I/O register dan memori SRAM pada mikrokontroler AVR ATmega 8535.
Gambar 2.4 Memori AVR ATMega8535 2.3.6 Status 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
1. Bit7 I (Global Interrupt Enable), Bit harus di Set untuk meng-enable semua jenis interupsi.
2. Bit6 T (Bit Copy Storage), Instruksi BLD dan BST menggunakan bit T sebagai sumber atau tujuan dalam operasi bit. Suatu bit dalam sebuah register GPR dapat disalin ke bit T menggunakan instruksi BST, dan sebaliknya bit T dapat disalin kembali kesuatu bit dalam register GPR dengan menggunakan instruksi BLD.
3. Bi5 H (Half Cary Flag)
4. Bit4 S (Sign Bit) merupakan hasil operasi EOR antara flag –N (negative) dan flag V (complement overflow).
5. Bit3 V (Two’s Component Overflow Flag) Bit ini berfungsi untuk mendukung operasi matematis.
6. Bit2 N (Negative Flag) Flag N akan menjadi Set, jika suatu operasi matematis menghasilkan bilangan negatif.
7. Bit1 Z (Zero Flag) Bit ini akan menjadi set apabila hasil operasi matematis menghasilkan bilangan 0.
8. Bit0 C (Cary Flag) Bit ini akan menjadi set apabila suatu operasi menghasilkan carry.
2.3.7 Fitur ATMega 8535
Fitur yang tersedia pada ATMega 8535 adalah:
a. Frekuensi clock maksimum 16 MHz
b. Jalur I/O 32 buah, yag terbagi dalam port A , port B, port C dan port D c. ADC 10 bit sebanyak 8 input
d. Timer/counter sebanyak 3 buah e. CPU 8 bit yang terdiri dari 2 register f. Watchdog timer dengan osilator internal g. SRAM sebesar 512 byte
h. Memori flash sebesar 8 Kbyte dengan kemampuan read while write i. Interrupt internal maupun eksternal
j. Port komunikasi SPI
k. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi l. Analog computer
m. Komunikasi serial standart USART dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps
2.4
(Liquid Cristal Display) LCDLCD adalah suatu display dari bahan cairan Kristal yang pengoperasianya menggunakan sistem dot matriks. LCD banyak digunakan sebagai display dari alat–alat elektronika seperti kalkulator, multitester digital, jam digital dansebagainya. LCD mempunyai kemampuan untuk menampilkan tidak hanya angka,huruf abjad, kata-kata tapi juga symbol–symbol.
LCD ada banyak jenis dan ukuran, ada 16 kolom 2 baris, 20 kolom 2 baris, 40 kolom 2 baris, 20 kolom 1 baris, 16 kolom 4 baris dan masih banyak yang lain.
LCD ada yang memiliki backlight dan ada yang tidak, backlight sangat berguna sekali bila malam hari ataupun gelap. LCD yang digunakan kali ini merupakan tipe karakter 16x2 baris, dan dapat menampilkan 16 karakter perbaris dan mempunyai 2 baris. Kapasitas internalnya sebanyak 80x8 bit data (maksimum 80karakter).
LCD (Liquid Crystal Display) juga merupakan salah satu komponen elektronika yang berfungsi sebagai tampilan suatu data, baik karakter, huruf ataupun grafik.
Dipasaran tampilan LCD sudah tersedia dalam bentuk modul yaitu tampilan LCD beserta rangkaian pendukungnya. LCD mempunyai pin data, kontrol catu daya, dan pengatur kontras tampilan. LCD juga merupakan perangkat display yang paling umum dipasangkan di Mikrokontroller, Mengingat ukurannya yang kecil dan kemampuannya menampilkan karakter atau grafik yang lebih dibandingkan display seven-segmen. Pada pengembangan sistem embedded, LCD mutlak diperlukan sebagai sumber pemberi informasi utama, misalnya alat pengukur kadar gula darah, penampil waktu jam, penampil counter putaran motor industri dan lain-lain. Berdasarkan jenis tampilan, LCD dapat dikelompokan menjadi beberapa jenis, yaitu:
1. Segment LCD :
LCD ini berbentuk dari beberapa Sevent Segment Display atau Sixteen Segment Dispaly, namun ada juga yang mengabungkan keduanya. LCD ini sering dipakai untuk jam digital.
2. Dot Matrix character LCD :
LCD ini terbentuk dari beberapa Dot Matrix Display berukuran 5x7 atau 5x9 yang membentuk sebuah matriks yang lebih besar dengan berbagai kombinasi jumlah baris dan kolom. Kombinasi ini yang menentukan karakter yang dapat ditampilkan LCD tersebut. Seperti 2 baris x 20 karakter atau 4 baris 20 karakter.
3. Graphic LCD
LCD jenis ini masih berkembang saat ini. Resolasi LCD ini bervariasi, diantaranya 128x64, 128x128. Sekarang ini Graphic LCD banyak dipakai pada Handycam, laptop,telpon seluler (cellphone), monitor komputer dan lain sebagainya.
LCD karakter adalah suatu modul yang berfungsi sebagai display yang dapat menampilkan karakter alpha numeric yang memiliki 20 kolom dan 4 baris karakter. LCD ini memiliki warna dasar biru dan karakter berwarna putih dengan menggunakan backlight. LCD ini berbasis HD44780 dengan supply tegangan sebesar 5V DC. LCD ini memiliki 16 pin, diantaranya :
1.VSS, 2. VDD, 3. V0, 4.RS, 5.R/W, 6.E, 7.D0, 8.D1, 9.D2, 10.D3, 11.D4, 12.D5, 13.D6, 14.D7, 15.A, 16.K
Gambar 2.6 LCD 20x4 2.4.1 Register pada LCD
Register yang terdapat pada LCD adalah:
a. IR (Intruction Register)
Digunakan untuk menentukan fungsi yang harus dikerjakan oleh LCD serta pengalamatan DDRAM atau CGRAM.
b. DR (Data Register)
Digunakan sebagai tempat data DDRAM atau CGRAM yang akan ditulis atau dibaca oleh komputer atau sistem minimum. Saat dibaca, DR menyimpan data DDRAM atau CGRAM,
setelah itu data alamatnya secara otomatis masuk ke DR. Pada waktu menulis, cukup lakukan inisialisasi DDRAM atau CGRAM, kemudian untuk selanjutnya data dituliskan ke DDRAM atau CGRAM sejak awal alamat tersebut.
c. BF (Busy Flag)
Digunakan untuk bahwa LCD dalam keadaan siap atau sibuk. Apabila LCD sedang melakukan operasi internal, BF diset menjadi 1, sehingga tidak akan menerima perintah dari luar. Jadi, BF harus dicek apakah telah diri set menjadi 0 ketika akan menulis LCD (memberi data pada LCD). Cara untuk menulis LCD adalah dengan mengeset RS menjadi 0 dan mengeset R/W menjadi 1.
d. AC (Address Counter)
Digunakan untuk menunjukan alamat pada DDRAM atau CGRAM dibaca atau ditulis, maka AC secara otomatis menunjukan alamat berikutnya. Alamat yang disimpan AC dapat dibaca bersamaan dengan
e. DDRAM (Display Data Random Access Memory)
Digunakan sebagai tempat penyimpanan data yang sebesar 80 byte atau 80 karakter. AC menunjukan alamat karakter yang sedang ditampilkan.
2.5 Power Supply
Pada umumnya Power Supply dapat diklasifikasikan menjadi 3 kelompok besar, yakni berdasarkan Fungsinya, berdasarkan Bentuk Mekanikalnya dan juga berdasarkan Metode Konversinya. Berikut ini merupakan penjelasan singkat mengenai ketiga kelompok tersebut :
2.5.1 Power Supply Berdasarkan Fungsi (Functional)
Berdasarkan fungsinya, Power supply dapat dibedakan menjadi Regulated Power Supply, Unregulated Power Supply dan Adjustable Power Supply.
Regulated Power Supply adalah Power Supply yang dapat menjaga kestabilan tegangan dan arus listrik meskipun terdapat perubahaan atau variasi pada beban atau sumber listrik (Tegangan dan Arus Input).
Unregulated Power Supply adalah Power Supply tegangan ataupun arus listriknya dapat berubah ketika beban berubah atau sumber listriknya mengalami perubahan.
Adjustable Power Supply adalah Power Supply yang tegangan atau Arusnya dapat diatur sesuai kebutuhan dengan menggunakan Knob Mekanik. Terdapat 2 jenis Adjustable Power Supply yaitu Regulated Adjustable Power Supply dan Unregulated Adjustable Power Supply.
2.5.2 Power Supply Berdasarkan Bentuknya
Untuk peralatan Elektronika seperti Televisi, Monitor Komputer, Komputer Desktop maupun DVD Player, Power Supply biasanya ditempatkan di dalam atau menyatu ke dalam perangkat-perangkat tersebut sehingga kita sebagai konsumen tidak dapat melihatnya secara langsung. Jadi hanya sebuah kabel listrik yang dapat kita lihat dari luar. Power Supply ini disebut dengan Power Supply Internal (Built in). Namun ada juga Power Supply yang berdiri sendiri (stand alone) dan berada diluar perangkat elektronika yang kita gunakan seperti Charger Handphone dan Adaptor Laptop. Ada juga Power Supply stand alone yang bentuknya besar dan dapat disetel tegangannya sesuai dengan kebutuhan kita.
3. Power Supply Berdasarkan Metode Konversinya
Berdasarkan Metode Konversinya, Power supply dapat dibedakan menjadi Power Supply Linier yang mengkonversi tegangan listrik secara langsung dari Inputnya dan Power Supply Switching yang harus mengkonversi tegangan input ke pulsa AC atau DC terlebih dahulu.
Jenis-jenis Power Supply
Selain pengklasifikasian diatas, Power Supply juga dapat dibedakan menjadi beberapa jenis, diantaranya adalah DC Power Supply, AC Power Supply, Switch Mode Power Supply, Programmable Power Supply, Uninterruptible Power Supply, High Voltage Power Supply. Berikut ini adalah penjelasan singkat mengenai jenis-jenis Power Supply.
1. DC Power Supply
DC Power Supply adalah pencatu daya yang menyediakan tegangan maupun arus listrik dalam bentuk DC (Direct Current) dan memiliki Polaritas yang tetap yaitu Positif dan Negatif untuk bebannya. Terdapat 2 jenis DC Supply yaitu :
a. AC to DC Power Supply
AC to DC Power Supply, yaitu DC Power Supply yang mengubah sumber tegangan listrik AC menjadi tegangan DC yang dibutuhkan oleh peralatan Elektronika. AC to DC Power Supply pada umumnya memiliki sebuah Transformator yang menurunkan tegangan, Dioda sebagai Penyearah dan Kapasitor sebagai Penyaring (Filter).
b. Linear Regulator
Linear Regulator berfungsi untuk mengubah tegangan DC yang berfluktuasi menjadi konstan (stabil) dan biasanya menurunkan tegangan DC Input.
2. AC Power Supply
AC Power Supply adalah Power Supply yang mengubah suatu taraf tegangan AC ke taraf tegangan lainnya. Contohnya AC Power Supply yang menurunkan tegangan AC 220V ke 110V untuk peralatan yang membutuhkan tegangan 110VAC. Atau sebaliknya dari tegangan AC 110V ke 220V.
3. Switch-Mode Power Supply
Switch-Mode Power Supply (SMPS) adalah jenis Power Supply yang langsung menyearahkan (rectify) dan menyaring (filter) tegangan Input AC untuk mendapatkan tegangan DC. Tegangan DC tersebut kemudian di-switch ON dan OFF pada frekuensi tinggi dengan sirkuit frekuensi tinggi sehingga menghasilkan arus AC yang dapat melewati Transformator Frekuensi Tinggi.
4. Programmable Power Supply
Programmable Power Supply adalah jenis power supply yang pengoperasiannya dapat dikendalikan oleh Remote Control melalui antarmuka (interface) Input Analog maupun digital seperti RS232 dan GPIB.
5. Uninterruptible Power Supply (UPS)
Uninterruptible Power Supply atau sering disebut dengan UPS adalah Power Supply yang memiliki 2 sumber listrik yaitu arus listrik yang langsung berasal dari tegangan input AC dan Baterai yang terdapat didalamnya. Saat listrik normal, tegangan Input akan secara simultan mengisi Baterai dan menyediakan arus listrik untuk beban (peralatan listrik). Tetapi jika terjadi kegagalan pada sumber tegangan AC seperti matinya listrik, maka Baterai akan mengambil alih untuk menyediakan Tegangan untuk peralatan listrik/elektronika yang bersangkutan.
6. High Voltage Power Supply
High Voltage Power Supply adalah power supply yang dapat menghasilkan Tegangan tinggi hingga ratusan bahkan ribuan volt. High Voltage Power Supply biasanya digunakan pada mesin X-ray ataupun alat-alat yang memerlukan tegangan tinggi.
2.6 LED (Light Emitting Diode)
Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah komponen elektronika yang dapat memancarkan cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor. Warna-warna Cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada jenis bahan semikonduktor yang dipergunakannya. LED juga dapat memancarkan sinar inframerah yang tidak tampak oleh mata seperti yang sering kita jumpai pada Remote Control TV ataupun Remote Control perangkat elektronik lainnya.
Gambar 2.7 Bentuk dan simbol LED 2.6.1 Teknologi LED
Sebuah LED adalah sejenis diode semikonduktor istimewa. Seperti sebuah diode normal, LED terdiri dari sebuah chip bahan semikonduktor yang diisi penuh, atau di-dop, dengan ketidakmurnian untuk menciptakan sebuah struktur yang disebut p-n junction. Pembawa-muatan - elektron dan lubang mengalir ke junction dari elektrode dengan voltase berbeda. Ketika elektron bertemu dengan lubang, dia jatuh ke tingkat energi yang lebih rendah, dan melepas energi dalam bentuk photon.
Gambar 2.8 LED
2.6.2 Emisi cahaya
Panjang gelombang dari cahaya yang dipancarkan, dan oleh karena itu warnanya, tergantung dari selisih pita energi dari bahan yang membentuk p-n junction.
Sebuah diode normal, biasanya terbuat dari silikon atau germanium, memancarkan cahaya tampak inframerah dekat, tetapi bahan yang digunakan untuk sebuah LED memiliki selisih pita energi antara cahaya inframerah dekat, tampak, dan ultraungu dekat.
2.6.3 Polarisasi
Tak seperti lampu pijar dan neon, LED mempunyai kecenderungan polarisasi.
Chip LED mempunyai kutub positif dan negatif (p-n) dan hanya akan menyala bila diberikan arus maju. Ini dikarenakan LED terbuat dari bahan semikonduktor yang hanya akan mengizinkan arus listrik mengalir ke satu arah dan tidak ke arah sebaliknya. Bila LED diberikan arus terbalik, hanya akan ada sedikit arus yang melewati chip LED. Ini menyebabkan chip LED tidak akan mengeluarkan misi cahaya.
Chip LED pada umumnya mempunyai tegangan rusak yang relatif rendah. Bila diberikan tegangan beberapa volt ke arah terbalik, biasanya sifat isolator searah LED akan jebol menyebabkan arus dapat mengalir ke arah sebaliknya.
2.6.4 Tegangan maju
Karakteristik chip LED pada umumnya adalah sama dengan karakteristik diode yang hanya memerlukan tegangan tertentu untuk dapat beroperasi. Namun bila diberikan tegangan yang terlalu besar, LED akan rusak walaupun tegangan yang diberikan adalah tegangan maju.
Tegangan yang diperlukan sebuah diode untuk dapat beroperasi adalah tegangan maju (Vf).
2.6.5 Sirkuit LED
Sirkuit LED dapat didesain dengan cara menyusun LED dalam posisi seri maupun paralel. Bila disusun secara seri, maka yang perlu diperhatikan adalah jumlah tegangan yang diperlukan seluruh LED dalam rangkaian tadi. Namun bila LED diletakkan dalam keadaan paralel, maka yang perlu diperhatikan adalah jumlah arus yang diperlukan seluruh LED dalam rangkaian ini.
Menyusun LED dalam rangkaian seri akan lebih sulit jika warna LED berbeda- beda, karena tiap warna LED yang berlainan mempunyai tegangan maju (Vf) yang berbeda. Perbedaan ini akan menyebabkan bila jumlah tegangan yang diberikan oleh sumber daya listrik tidak cukup untuk membangkitkan chip LED, maka beberapa LED akan tidak menyala. Sebaliknya, bila tegangan yang diberikan terlalu besar akan berakibat kerusakan pada LED yang mempunyai tegangan maju relatif rendah.
Pada umumnya, LED yang disusun secara seri harus mempunyai tegangan maju yang sama atau paling tidak tak berbeda jauh supaya rangkaian LED ini dapat bekerja secara baik. Jika LED digunakan untuk indikator pada voltase lebih tinggi dari operasinya, LED dapat dirangkai seri dengan resistor untuk menyesuaikan arus agar tidak melampaui batas arus maksimum LED, kalau arus maksimum terlampaui LED jadi rusak.
2.6.6 Substrat LED
Pengembangan LED dimulai dengan alat inframerah dan merah dibuat dengan gallium arsenide. Perkembagan dalam ilmu material telah memungkinkan produksi alat dengan panjang gelombang yang lebih pendek, menghasilkan cahaya dengan warna bervariasi.
LED konvensional terbuat dari mineral inorganik yang bervariasi, menghasilkan beberapa contoh warna sebagai berikut:
aluminium gallium arsenide (AlGaAs) - merah dan inframerah
zinc selenide (ZnSe) – biru.
BAB 3
PERANCANGAN SISTEM 3.1 Blok Diagram
Gambar 3.1 Blok diagram sistem pendeteksi kekeruhan air
Fungsi dari Tiap Blok :
1. Blok SENSOR TURBIDITY DFROBOT V1.0 : Sebagai sensor cahaya / sensor kekeruhan air yang didalamnya terdapat LED dan Fotodioda.
2. Blok OBJEK : sampel yang akan diuji.
3. Blok ATMEGA8535 : Mengkonversi data dari sensor. ADC digunakan untuk mengkonversi data analog ke digital.
4. Blok LCD : Sebagai penampil output data.
Dari gambar 3.1 blok diagram diatas dapat dijelaskan bahwa sensor turbidity DFROBOT V1.0 akan melakukan pendeteksian kekeruhan dengan melibatkan komponen LED dan sensor fotodioda didalamnya. Awalnya LED akan menembakkan cahaya ke sampel yang kemudian cahaya yang diterima oleh fotodioda akan bergantung pada banyaknya pengeruh yang ada pada sampel..
Nilai yang didapat dalam skala NTU pada sensor turbidity akan dilanjutkan ke SAMPEL
ATMEGA8535 ADC LCD
SENSOR TURBIDITY
DFROBOT V1.0
ATMega8535 untuk selanjutnya diproses, karena keluaran sistem sensor analog, diperlukan ADC untuk mengkonversi sinyal ke digital, selanjutnya data diolah dan hasilnya ditampilkan melalui LCD.
3.2 Rangkaian Mikrokontroler ATMega8535
Rangkaian sistem minimum mikrokontroler ATMega32 dapat ‘dilihat pada gambar 3.2 di bawah ini :
Gambar 3.2 Rangkaian mikrokontroler ATMega8535
Dari gambar 3.2, Rangkaian tersebut berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh sistem yang ada. Komponen utama dari rangkaian ini adalah IC Mikrokontroler ATMega8535. Semua program diisikan pada memori dari IC ini sehingga rangkaian dapat berjalan sesuai dengan yang dikehendaki. Pin 12 dan 13 dihubungkan ke XTAL dan dua buah kapasitor. XTAL ini akan mempengaruhi kecepatan mikrokontroler ATMega8535 dalam mengeksekusi setiap perintah dalam program. Pin 9 merupakan masukan reset (aktif rendah). Pulsa transisi dari tinggi ke rendah akan me-reset mikrokontroler ini.
IC ini nantinya akan berfungsi sebagai pusat kontrol untuk mengeksekusi perintah dan memproses data yang diterima dari sensor fotodioda menampilkan data dalam lcd.
3.3 Rangkaian LCD 16 x2
display yang digunakan adalah LCD (Liquid Crystal Display) 16 x 2. Untuk blok ini tidak ada komponen tambahan karena mikrokontroler dapat memberi data langsung ke LCD, pada LCD sudah terdapat driver untuk mengubah data ASCII output mikrokontroler menjadi tampilan karakter. Gambar 3.3 berikut merupakan gambar rangkaian LCD yang dihubungkan ke mikrokontroler.
Gambar 3.3 Rangkaian LCD
Dari gambar 3.3 rangkaian ini terhubung ke PC.0... PC.7, yang merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu sebagai Timer/Counter, komperator analog dan SPI mempunyai fungsi khusus sebagai pengiriman data secara serial.
Sehingga nilai yang akan tampil pada LCD display akan dapat dikendalikan oleh Mikrokontroller ATMega8535.
3.4 Rangkaian Power Suplay
Rangkaian ini berfungsi untuk mensupplay tegangan ke seluruh rangkaian yang ada. Rangkaian PSA yang dibuat terdiri dari dua keluaran, yaitu 5 volt, 12 volt, dan 24 volt. Keluaran 5 volt digunakan untuk menspplay tegangan ke
mikrokontroler, Rangkaian power supplay dapat ditunjukkan pada gambar 3.4 seperti dibawah ini
Gambar 3.4 Rangkaian Power Suplay
3.5 Rangkaian sensor Fotodioda
Gambar 3.5 Rangkaian Sensor Fotodioda
Dari gambar 3.5 diatas, Rangkaian Photodioda digunakan sebagai penangkap gelombang cahaya yang dipancarkan oleh Infrared. Besarnya tegangan atau arus listrik yang dihasilkan oleh photodioda tergantung besar kecilnya radiasi yang dipancarkan oleh infrared. photodioda ini digunakan untuk mendeteksi turbiditas
(kekeruhan) air. Intensitas cahaya yang diterima photodioda akan dikonversi menjadi sinyal tegangan. Sinyal keluaran dari alat ini menunjukkan nilai tegangan yang sebanding dengan kekeruhan air.
3.6 Rangkaian Lengkap
Berdasarkan uraian-uraian yang telah diterangkan pada bagian sebelumnya, maka dibuat rangkaian lengkap dari peralatan. Adapun rangkaian lengkap dari perancangan sistem ini dapat dilihat pada gambar 3.6 berikut ini:
Gambar 3.6 Rangkaian lengkap
3.7 Diagram alir (FLOWCHART)
Keterangan :
Cara kerja alat di mulai dengan start kemudian melakukan inisialisasi dan dilanjutkan dengan pendeteksian kekeruhan air dengan sensor cahaya, selanjutnya pembacaan nilai atau hasil pendeteksian ini akan dikirim ke mikrokontroller ATMega 8535 untuk selanjutnya ditampilkan dalam bentuk tegangan (V) di LCD dan akhirnya proses pun diakhiri.
START
INISIALISASI
DETEKSI KEKERUHAN
KIRIM NILAI KE MIKRO
END TAMPILKAN
LCD (V)
BAB 4
PENGUJIAN ALAT DAN PROGRAM
4.1 Pengujian Rangkaian Mikrokontroler ATMega8535
Pengujian dilakukan dengan cara memprogram kemudian mengunduh dan menjalankan output dari IC tersebut. Pada awalnya dibuat program sederhana yaitu dengan memprogram port untuk mengeluarkan suatu data di masing-masing port, kemudian mengunduh ke IC target dan menjalankannya pada rangkaian.
Berikut ini adalah program dan gambar yang dhasilkan pada rangkaian mikrokontroler ATMega8535 :
$regfile = "m8535.dat"
$crystal = 8000000
ConfigPortd = Output
Do
Portd = 255 Wait 1 Portd = 0 Wait 1 Loop
End
Gambar 4.1.Mikrokontroller dalam keadaan baik
Jika rangkaian mikrokontroller ATMega 8535 dalam keadaan rusak, maka gambar yang akan ditampilkan seperti berikut :
Gambar 4.1.2. Mikrokontroller dalam keadaan rusak
4.2 Pengujian Rangkaian Sensor Turbidity DFROBOT V1.0
Pengujian dilakukan dengan mendeteksi kekeruhan pada air (kopi) yang sudah divariasi massa dan juga volume nya yang kemudian akan menghasilkan nilai dari pendeteksian yang dilakukan oleh sensor turbidity. Adapun program yang diisikan ke mikrokontroller untuk mendeteksi kekeruhan yang dilakukan oleh sensor turbidity adalah sebagai berikut:
$regfile = "m8535.dat"
$crystal = 8000000
Config Lcdpin = Pin , Db4 = Portc.2 , Db5 = Portc.3 , Db6 = Portc.4 , Db7 = Portc.5 , E = Portc.1 , Rs = Portc.0
Config Lcdbus = 4 Config Lcd = 16 * 2 Cursor Off
Config Adc = Single , Prescaler = Auto , Reference = Avcc
Dim X As Word , Z As Single , Y As String * 5
Cls
Locate 1 , 1 : Lcd "RES:"
Locate 2 , 1 : Lcd "VOL:"
Wait 1
Do
X = Getadc(7) Z = 903-Z
Z = Z*0,0048876 Y = Fusing(z , "#.##") Locate 1 , 5 : Lcd " "
Locate 1 , 5 : Lcd X Locate 2 , 5 : Lcd " "
Locate 2 , 5 : Lcd Y : Lcd "V"
Waitms 500 Loop End
4.2.1 Alat dan bahan :
Alat Bahan
Turbidimeter dan wadah sampel pengujian berwarna hitam
Air PDAM dan kopi
4.2.2 Langkah kerja :
Dipersiapkan peralatan dan bahan yang sudah disediakan.
Dihubungkan alat turbidimeter dengan sumber listrik.
Dilarutkan air PDAM dan massa kopi dimulai dari volume 100 ml, 200 ml, 300 ml 400 ml, dan 500 ml dengan massa kopi dimulai dari 1 gr.
Dilanjutkan penambahan massa kopi dengan variasi massa 2 gr, 3 gr, 4 gr dan 5 gr, tetap dengan volume yang sama yaitu dimulai dari 100 ml, 200 ml, 300 ml, 400 ml, 500 ml.
Dimasukkan air PDAM dan kopi yang sudah divariasikan ke wadah sampel pengujian ( +20 ml )
Dimasukkan sensor turbidity kedalam wadah sampel pengujian dan tunggu sampai nilai kekeruhan nya (NTU) muncul di LCD.
Dicatat nilai yang dihasilkan oleh sensor turbidity.
4.3 Pengujian Rangkaian LCD
Bagian ini hanya terdiri dari sebuah LCD dot matriks 2 x 16 karakter yang berfungsi sebagai tampilan hasil pengukuran dan tampilan dari beberapa keterangan. LCD dihubungkan langsung ke Port C dari mikrokontroler yang berfungsi mengirimkan data hasil pengolahan untuk ditampilkan dalam bentuk alfabet dan numerik pada LCD.
Adapun program yang diisikan ke mikrokontroller untuk menampilkan karakter pada display LCD adalah sebagai berikut:
Locate 1 , 1 : Lcd "RES:"
Locate 2 , 1 : Lcd "VOL:"
Gambar 4.3. Tampilan pada LCD
4.4 Pengujian Rangkaian Power Supply
Pada pengujian yang dilakukan tegangan masukan dari PLN sebesar 220 Volt AC
kemudian masuk ke trafo diubah menjadi 12 Volt AC, kemudian di searahkan ke Dioda sebesar 12 Volt DC. Setelah dilakukan pengukuran maka diperoleh besarnya tegangan keluaran sebesar 5 volt. Dengan begitu dapat dipastikan apakah terjadi kesalahan terhadap rangkaian atau tidak. Jika diukur, hasil dari keluaran tegangan tidak murni sebesar +5 Volt Hasil tersebut dikarenakan beberapa faktor, diantaranya kualitas dari tiap-tiap komponen yang digunakan nilainya tidak murni. Selain itu, tegangan jala-jala listrik yang digunakan tidak stabil.
Tabel 4.3 Tegangan input dan output pada Pengujian Power Supply Vin Vout
12 Volt 4.93 Volt
Gambar 4.4 Pengujian Power Supply
4.5 Pengujian Rangkaian Keseluruhan
Pengujian keseluruhan System dilakukan untuk mengetahui apakah seluruh rangkaian dapat berjalan dengan baik. Pada awalnya LED akan memancarkan sinarnya ke objek yang selanjutnya sensor turbidity akan mendeteksi kekeruhan air sampel yang telah divariasikan massa dan volumenya. Selanjutnya hasil dari pembacaan alat ini akan dibandingkan dengan alat turbidimeter yang standard.
Hasil pengukuran dari sensor dengan turbidimeter standard dapat dilihat pada tabel berikut:
Tabel 4.5 Hasil pembacaan sensor turbidity DFROBOT V1.0 dengan turbidity meter XTM 100 Inscien Pro.
Level kekeruhan
(ml/gr)
Sensor Turbidity DFROBOT
V1.0 (NTU)
Turbiditymeter XTM 100 Inscien Pro
(NTU)
Sensor Turbidity DFROBOT
V1.0 Tegangan (V)
Turbiditymeter XTM 100 Inscien Pro
Tegangan (V)
(100/1) 400 744 2.45 3.63
(200/1) 460 483 2.16 2.36
(300/1) 481.5 343 2.06 1.67
(400/1) 494 257 1.99 1.25
(500/1) 500 209 1.96 1.02
(100/2) 304 872 2.92 4.26
(200/2) 400 747 2.45 3.65
(300/2) 430 637 2.31 3.11
(400/2) 454 523 2.19 2.55
(500/2) 468 437 2.12 2.13
(100/3) 221 782 3.33 3.82
(200/3) 335 861 2.77 4.20
(300/3) 386 784 2.52 3.83
(400/3) 416 690 2.38 3.37
(500/3) 437.5 606 2.27 2.96
(100/4) 150 623 3.68 3.04
(200/4) 265 843 3.11 4.12
(300/4) 327 862 2.81 4.21
(400/4) 369 821 2.60 4.01
(500/4) 393 764 2.49 3.73
(100/5) 124 539 3.80 2.63
(200/5) 229 786 3.29 3.84
(300/5) 297 857 2.96 4.18
(400/5) 346.5 851 2.71 4.15
(500/5) 369 812 2.60 3.96
Keterangan :
Perubahan nilai dari skala NTU ke Tegangan pada Turbiditymeter XTM 100 Inscien Pro didapat dengan cara :
Skala Pembacaan NTU x 5/1023
Perubahan nilai dari skala NTU ke Tegangan pada Sensor Turbidity DFROBOT V1.0 didapat dengan cara :
903 - Skala Pembacaan NTU
Hasil dari 903 - Skala pembacaan NTU x 5/1023
Catatan : 903 = Nilai pengkalibrasian sensor dengan aquadest
4.6 Hasil pembacaan sensor turbidity DFROBOT V1.0 dengan turbidity meter XTM 100 Inscien Pro.
Data pertama : Volume Air (ml)
Massa Pengeruh (gr)
Sensor Turbidity Turbidimeter NTU Tegangan
(v) NTU Tegangan (v)
100 1 400 2.45 744 3.63
200 1 460 2.16 483 2.36
300 1 481.5 2.06 343 1.67
400 1 494 1.99 257 1.25
500 1 500 1.96 209 1.02
Grafik :
Data kedua : Volume Air (ml)
Massa Pengeruh (gr)
Sensor Turbidity Turbidimeter NTU Tegangan
(v) NTU Tegangan (v)
100 2 304 2.92 872 4.26
200 2 400 2.45 747 3.65
300 2 430 2.31 637 3.11
400 2 454 2.19 523 2.55
500 2 468 2.12 437 2.13
Grafik :
Data ketiga : Volume Air (ml)
Massa Pengeruh (gr)
Sensor Turbidity Turbidimeter NTU Tegangan
(v) NTU Tegangan (v)
100 3 221 3.33 782 3.82
200 3 335 2.77 861 4.20
300 3 386 2.52 784 3.83
400 3 416 2.38 690 3.37
500 3 437.5 2.27 606 2.96
Grafik :
Data keempat : Volume Air (ml)
Massa Pengeruh (gr)
Sensor Turbidity Turbidimeter NTU Tegangan
(v) NTU Tegangan (v)
100 4 150 3.68 623 3.04
200 4 265 3.11 843 4.12
300 4 327 2.81 862 4.21
400 4 369 2.60 821 4.01
500 4 393 2.49 764 3.73
Grafik :
Data kelima : Volume Air (ml)
Massa Pengeruh (gr)
Sensor Turbidity Turbidimeter NTU Tegangan
(v) NTU Tegangan (v)
100 5 124 3.80 539 2.63
200 5 229 3.29 786 3.84
300 5 297 2.96 857 4.18
400 5 346.5 2.71 851 4.15
500 5 369 2.60 812 3.96
Grafik :
4.7 Pembahasan
Penelitian yang telah dilakukan adalah bertujuan untuk mengetahui dan memahami tentang pengukuran tingkat kekeruhan air dengan menggunakan sensor turbidity DFROBOT V1.0 dengan alat turbidimeter yang standar yaitu turbidity meter XTM 100 PRO INSCIEN. Pengukuran tingkat kekeruhan yang dilakukan adalah dengan menggunakan sampel air bersih PDAM dengan pengeruhnya adalah kopi. Prinsip kerja dari sensor adalah untuk mengukur kekeruhan, dengan memanfaatkan cahaya. LED pada sensor akan memancarkan cahaya pada air sampel dan cahaya tersebut akan diserap, dipantulkan atau menembus media tersebut. Cahaya yang menembus sampel akan diukur dan ditransfer kedalam bentuk angka dalam skala kekeruhan yaitu NTU.
Seperti yang kita ketahui, ada beberapa alat untuk mengukur kekeruhan yang bisa digunakan. Pada penelitian ini, sensor turbidity yang digunakan adalah DFROBOT V1.0. Sensor ini memiliki beberapa keunggulan yaitu :
Bentuknya yang simple, beratnya yang ringan dan juga mudah dibawa kemana saja.
Sensor dilengkapi dengan pelindung yang anti air, jadi pengukuran kekeruhan yang dilakukan tidak akan merusak sensor.
Penggunaan sensor ini sangat mudah, kita cukup menyimpan sampel pada wadah pengujian untuk selanjutnya dideteksi.
Jadi dengan ukuran sensor yang simple, pengukuran kekeruhan bisa dilakukan dengan akurat, dengan menyesuaikan ukuran sensor dengan wadah tempat pengujian sampel, sehingga sensor hanya mendeteksi sampel tanpa terpengaruh cahaya dari luar. Seperti yang kita ketahui, sensor turbidity sensitive terhadap adanya cahaya dari luar, maka dari itu dibuatlah wadah yang seukuran dengan sensor.
Setelah dilakukan penelitian, dari hasil data yang diperoleh, bisa dilihat dari grafik bahwa kenaikan pada sensor lebih stabil jika dibandingkan dengan hasil dari alat
turbidimeter XTM 100 INSCIEN PRO. Pengukuran dilakukan disaat yang bersamaan dan juga sampel yang sama, akan tetapi pengukuran yang didapat berbeda. Ini tidak mengindikasikan bahwasanya kinerja sensor lebih baik daripada turbidimeter, akan tetapi jika dilihat dari hasil, pembacaan sensor lebih baik.
Kelemahan dari sensor yaitu dalam pembacaan nya, nilai NTU nya jika makin tinggi, maka air yang diukur makin jernih, berbanding terbalik dengan pengukuran pada turbidimeter yang jika nilai NTU nya makin tinggi, maka air yang diukur semakin keruh. Maka dari itu, sensor harus dikalibrasi terlebih dahulu dengan cairan yang jernih, dan yang digunakan adalah aquadest. Jadi nilai dari pengukuran itulah yang selanjutnya akan dikombinasikan ke program agar dengan tujuan pembacaan nilai dari sensor dengan alat turbidimeter bisa sama.
