PERANCANGAN ALAT PENDETEKSI ASAP PADA RUANGAN BEBAS ROKOK MENGGUNAKAN SENSOR MQ-2 BERBASIS
MIKROKONTROLLER ATmega328 DENGAN MONITORING ANDROID
PROJEK AKHIR 2
INDRI REJEKI S 162411025
PROGRAM STUDI D-3 METROLOGI DAN INSTRUMENTASI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2019
PERANCANGAN ALAT PENDETEKSI ASAP PADA RUANGAN BEBAS ROKOK MENGGUNAKAN SENSOR MQ-2
BERBASIS MIKROKONTROLLER ATmega328 DENGAN MONITORING ANDROID
LAPORAN PROJEK AKHIR 2
Diajukan Sebagai Syarat Memenuhi Tugas dan Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Ahli Madya
INDRI REJEKI S 162411025
PROGRAM STUDI D-3 METROLOGI DAN INSTRUMENTASI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2019
PERNYATAAN ORISINALITAS
PERANCANGAN ALAT PENDETEKSI ASAP PADA RUANGAN BEBAS ROKOK MENGGUNAKAN SENSOR MQ-2
BERBASIS MIKROKONTROLLER ATmega328 DENGAN MONITORING ANDROID
LAPORAN PROJEK AKHIR 2
Saya menyatakan bahwa laporan Projek Akhir 2 ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Juli 2019
INDRI REJEKI S 162411025
PENGESAHAN TUGAS AKHIR
Judul : Perancangan Alat Pendeteksi Asap Pada Ruangan Bebas Rokok Menggunakan Sensor MQ-2 Berbasis Mikrokontroller ATmega328 Dengan Monitoring Android
Kategori : Laporan Projek Akhir 2
Nama : Indri Rejeki S
Nomor Induk Mahasiswa : 162411025
Program Studi : Diploma (D-3) Metrologi Dan Instrumentasi Fakultas : MIPA - Universitas Sumatera Utara
Disetujui di Medan, Juli 2019
Ketua Program Studi Pembimbing
Dr. Diana Alemin Barus, M.Sc Drs. Takdir Tamba M.Eng.Sc
NIP. 196607291992032002 NIP. 196006031986011002
“PERANCANGAN ALAT PENDETEKSI ASAP PADA RUANGAN BEBAS ROKOK MENGGUNAKANSENSOR MQ-2 BERBASIS
MIKROKONTROLLER ATmega328 DENGAN MONITORING ANDROID”
ABSTRAK
Tujuan dari penelitian ini adalah membuat alat pendeteksi asap rokok dalam suatu ruangan serta memberikan peringatan dengan suara dan tulisan yang berbasis mirokontroler dan bahasa C. Penelitian ini menggunakan sensor gas MQ 2 sebagai pendeteksi asap rokok, arduino sebagai mikrokontroler yang bertugas sebagai pengendali input dan output, buzzer yang mengeluarkan peringatan dalam bentuk suara, LCD untuk memunculkan tulisan adanya asap rokok, serta bahasa C sebagai bahasa pemrogramanya. Kipas exhaust untuk menghisap udara di dalam ruang untuk dibuang keluar, dan pada saat bersamaan menarik udara segar di luar ke dalam ruangan. Output dari sensor gas MQ 2 yang mendeteksi asap rokok akan diolah di dalam mikrokontroler yang sudah di program dengan bahasa C sehingga akan memunculkan dua keadaan, yaitu keadaan high pada saat tidak terdeteksi asap rokok, dan keadaan low pada saat terdeteksi asap rokok. Alat ini dapat mengeluarkan suara apabila terdeteksi adanyaasap rokok dalam ruangan dan memunculkan tulisan adanya asap rokok dalam LCD.
Kata Kunci :Arduino, Buzzer, Kipas Exhaust, Sensor MQ-2 dan Mikrokontroller ATmega328.
THE DESIGN OF SMOKE DETECTORS IN NON-SMOKING ROOMS USING MQ2 SENSOR WITH ATMEGA328 MICROCONTROLLER
ABSTRACT
The purpose of this study is to make a detector on cigarette smoke in a room and provide warning with voice and writing based on microcontroller and discuss c. this research used MQ-2 gas sensor as cigarette smoke detector, arduino as microcontroller which served as controller of input and output. buzzer that issued a warning in the form of sound, LCD to bring up the writing of cigarette smoke, as well as language c as programming language, the output of the MQ2 gas sensor that detects cigarette smoke will be processed in microcontroller already in the program with the language c. so it will bring up two circumstances that is the state of hight when not detected smoke. this tool can make a sound when it detects the presence of cigarette smoke in the room and raises the writing of cigarette smoke in the LCD.
Kata Kunci :Arduino, Buzzer, Exhaust Fan, Sensor MQ-2 and Mikrokontroller ATmega328.
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Pengasih dan Maha Penyayang, dengan limpah karunia-Nya Penulis dapat menyelesaikan penyusunan laporan projek akhir 2 ini dengan judul Perancangan Alat Pendeteksi Asap Pada Ruangan Bebas Rokok Menggunakan Sensor MQ-2 Berbasis Mikrokontroler ATmega328 Dengan Monitoring Android.
Dalam kesempatan ini penulis menyampaikan rasa hormat dan ucapan terima kasih yang sebesar- besarnya untuk semua pihak yang telah membimbing dan membantu saya dalam menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik. Penulis menyadari bahwa tersusunnya projek akhir 2 ini dari doa, perhatian, bimbingan, motivasi dan dukungan berbagai pihak, sehingga dengan keikhlasan dan kerendahan hati pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Dr. Kerista Sebayang M.S, selaku Dekan FMIPA
2. Ibu Dr. Diana Alemin Barus M.Sc, selaku Ketua Program Studi D3 Metrologi dan Instrumentasi FMIPA USU
3. Bapak Junedi Ginting M.Si, selaku Sekretaris Program Studi D3 Metrologi dan Instumentasi FMIPA USU.
4. Seluruh Dosen dan Karyawan Program Studi D3 Metrologi dan Instrumentasi FMIPA USU.
5. Yang teristimewa Ayahanda tercinta Manuntun Siallagan dan Ibunda tercinta Ibu Veronika Sihombing, saudara kandung saya Lisbeth F Siallagan, Jenny Fransiska Siallagan, danHot Imanuel Grazio Siallagan juga seluruh keluarga besar yang berada di Medan yang selalu memberikan dukungan dalam doa, motivasi, nasehat, moril serta materi kepada saya sehingga saya dapat menyelesaikan amanah yang diberikan sejak awal kuliah.
6. Kepada Sahabat penulis Siti Indrianingsih, Desi Ferbina S, Kristin Gloria Panjaitan, Chaterine Xena Hutabarat, Herlina Lahagu, Yehmima Debora Saragih, Rini Amjayana, Rekha Manalu, Grup Butet dan Teman-teman yang yang lain yang sudah memberi semangat dan dukungan.
7. Rekan-rekan kuliah dan seperjuangan yang saya sayangi D3 Metrologi dan Instrumentasi stambuk 2016, Pembimbing saya kak siti yang telah bersusah payah membantu saya dalam mengajari mengenai alat maupun laporan pada Projek Akhir 2 ini. Terima kasih atas ide, saran, dukungan, dan kerja sama nya selama ini.
8. Dan juga tidak lupa saya berterima kasih kepada tulang saya yang sudah membantu saya dalam bentuk materil, kepada opung saya yang telah memberikan dukungan doa.
Penulis menyadari sepenuh nya bahwa dalam pembuatan Projek Akhir 2 ini masih jauh dari kesempurnaan, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari pembaca yang bersifat membangun dalam penyempurnaan Tugas Akhir ini.Semoga laporan ini menambah wawasan yang baik bagi penulis dan menjadi ilmu yang bermanfaat bagi pembaca.
Medan, Juli 2019 Hormat Saya,
Indri RejekiS
DAFTAR ISI
Halaman
PENGESAHAN LAPORAN i
ABSTRAK ii
ABSTRACT iii
PENGHARGAAN iv
DAFTAR ISI vi
DAFTAR TABEL viii
DAFTAR GAMBAR ix
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang 1
1.2 PerumusanMasalah 2
1.3 TujuanPenulisan 3
1.4 Manfaat Penulisan 3
1.5 Sistematika Penulisan 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pencemaran Udara 5
2.2 Mikrokontroller 6
2.2.1 Jenis-Jenis Mikrokontroller 7
2.3 Sensor 14
2.3.1 Jenis-Jenis Sensor 15
2.4 LCD 19
2.4.1 Prinsip Kerja LCD 20
2.4.2 Struktur Dasar LCD 21
2.5 Jenis-Jenis Arduino 22
2.5.1 Pin Input Dan Output Arduino Nano 25
2.5.2 Sumber Daya dan Tegangan Arduno Nano 26
2.5.3 Memori Program ` 27
2.5.4 Memori Data 27
2.6 Relay 28
2.6.1 Jenis-Jenis Relay 30
2.7 Buzzer 31
2.8 Kipas Exhaust 32
BAB III PERANCANGAN SISTEM 3.1 Perancangan Sistem 34
3.2 Flowchart 35
3.3 Diagram Blok 39
BAB IV IMPLEMENTASI DAN ANALISA 4.1 Implementasi Sistem 44
4.2 Pengujian 44
4.3 Pengujian Sensor Asap MQ-2 44
4.4 Pengujian LCD 46
4.5 Pengujian Rangkaian Relay 47
4.6 Pengujian Alat Keseluruhan 49
BAB V SIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan 51
5.2 Saran 52
DAFTAR PUSTAKA 52 LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
No. Judul Halaman
Tabel
2.1 Rentang Indeks Standar Pencemar Udara 6
4.2 Pengujian LCD 45
4.4 Tabel Pengujian Relay 47
4.6 Tabel Pengujian Alat Keseluruhan 49
DAFTAR GAMBAR
No. Judul Halaman
Gambar
2.2 Diagram Blok Mikrokontroller AVR 9
2.3 Diagram Blok Mikrokontroller MCS51 11
2.4 Susunan Kaki Mikrokontroller MCS51 Atmel 12
2.5 LCD (Liquid Crystal Display) 20
2.6 Struktur LCD 21
2.7 Peta Memori Program ATmega 328 27
2.8 Peta Memori Data ATmega 328 28
2.9 Relay 28
2.10 Simbol Relay 28
2.11 Relay 31
2.12 Buzzer 32
2.13 Kipas Exhaust 33
3.1 Flowchart Program 35
3.2 Sensor MQ2 37
3.3 Mikrokontroller ATmega 328 38
3.4 Diagram Blok 39
3.5 Rangkaian Keseluruhan 43
4.1 Pengujian Sensor MQ2 45
4.3 Pengujian LCD 46
4.5 Pengujian Relay 48
4.7 Pengujian AlatKeseluruhan 50
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Merokok setelah makan sudah menjadi tradisi di negara kita dari yang tua sampai yang muda sehingga banyak kita temui perokok aktif di sekeliling kita. Selain merugikan kesehatan perokok pasif, asap rokok juga merugikan perokok pasif, saat terpapar asap rokok orang yang tidak merokok (perokok pasif) akan menghirup dua kali lipat racun yang terkandung dalam asap rokok. Sebatang rokok mengandung zat- zat berbahaya, seperti Nikotin, Tar, arsenik, kadmium, bahkan sianida, nitrosamina, serta banyak lagi senyawa lain yang berbahaya bagi tubuh manusia, kurang lebih 4000 senyawa dan 250 diantaranya yang paling berbahaya dan mematikan. (Anonim, 2016).
Pemerintah telah menetapkan peraturan dilarang merokok di tempat umum, salah satu cara yang dilakukan pemerintah untuk membatasi prilaku perokok adalah dengan mencanangkan program Kawasan Bebas Rokok. Kawasan bebas rokok di perlakukan di sekolah, rumah sakit, kampus, perkantoran, ruang ber AC perlakuan ini bertujuan agar asap rokok yg di timbulkan oleh perokok aktif tidak mengganggu orang lain. Menggunakan sensor MQ 2 alat ini diharapkan mampu mendeteksi keberadaan asap rokok dan memperingatkan perokok dengan suara yang dihasilkan oleh buzzer agar perokok aktif tidak merokok di tempat umum.
Beberapa racun yang terdapat pada asap rokok adalah sebagai berikut:
1.Tar
Tar adalah subtansi hidrokarbon yang bersifat lengket dan menempel pada paruparu, yang dapat menyebabkan penyakit tenggorokan dan pernafasan.
2.Nikotin
Nikotin adalah zat yang mempengaruhi syaraf dan peredaran darah.Zat ini mampu memicu kanker paruparu yang mematikan.
3.Karbon monoksida (CO)
Karbon Monoksida adalah zat yang mengikat hemoglobin dalam darah, membuat darah tidak mampu mengikat oksigen.
4.Hidrogen Sianida (HCN)
Hidrogen sianida merupakan sejenis gas yang tidak berwarna, tidak berbau dan tidak memiliki rasa. Zat ini merupakan zat yang paling ringan, mudah terbakar dan sangat efesien untuk menghalangi pernafasan saluran
5.Metana
Sebagai komponen utama gas alam, metana adalah sumber bahan bakar utama. Metana terkandung dalam asap kebakaran hutan, kenalpot mobil, asap
tembakau. Metana dapat merusak ozon yang dapat merusak kesehatan
Bahaya Merokok bagi kesehatan bukan rahasia umum. Akan tetapi, sekalipun semua orang tahu persis bahaya merokok, hal ini tidak membuat para perokok serta- merta berhenti merokok. Selain itu, tidak hanya perokok aktif yang mendapatan efek negatif rokok. Perokok pasif yang terkena asapnya saja bisa mendapatkan efek dari rokok yang membahayakan. Di Inggris sendiri ada sekitar 100 ribu orang meninggal setiap tahunnya karena merokok. Kematian terebut berhubungan dengan bahaya merokok yang bisa menyebabkan penyakit kanker, penyakit paru, dan penyakit jantung.
Di Indonesia, persentase orang yang mengonsumsi rokok dinyatakan terbesar se- Asia Tenggara. Selain itu, berdasarkan data yang diterbitkan oleh Lembaga Demografi Fakultas Ekonomi Universitas Indonesia, Southeast Asia Tobacco Control Alliance, beserta Komisi Pengendalian Tembakau, Indonesia menduduki urutan ketiga dengan jumlah perokok terbanyak di dunia setelah China dan India pada tahun 2012.
1.2 Perumusan Masalah
Dari uraian diatas maka dapat dirumuskan masalah pembuatan Tugas Akhir ini, sebagai berikut:
1. Bagaimana merancang dan membuat suatu alat yang dapat mendeteksi asap rokok dalam suatu ruang?
2. Bagaimana sistem kerja dari sensor MQ-2 dalam mendeteksi asap rokok disekitar ruangan?
3. Bagaimana cara kerja dari LCD sebagai tampilan informasi kondisi asap rokok dalam bentuk tulisan?
1.3 Tujuan Penulisan
Penulisan laporan proyek ini adalah untuk:
1. Merancang suatu alat pendeteksi asap rokok pada ruangan bebas rokok menggunakan sensor MQ-2 dengan Mikrokontroller ATmega328
1.4 Manfaat Penelitian
Dapat mendeteksi tingkat pencemaran asap pada rokok di ruangan bebas rokok .
1.5 Sistematika Penulisan
Dalam penyusunan Laporan Project Akhir 2 ini, pembahasan mengenai sistem alat yang dibuat dibagi menjadi lima bab dengan sistematika sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Berisi latar belakang permasalahan, tinjauan penulisan pembahasan sistematika penulisan dan relevansi dari penulisan laporan ini.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Dalam bab ini dijelaskan tentang teori pendukung yangdigunakan untuk pembahasan dan cara kerja sensor MQ-2 dan mikrokontroller ATmega 328. Komponen ini merupakan integrasi dari beberapa rangkaian yang saling berkaitan satu dengan yang lainnya yang dikendalikan oleh mikrokontroller.
BAB III PERANCANGAN SISTEM
Membahas tentang perencanaan dan pembuatan sistem secara keseluruhan kalau terdeteksi adanya asap, kipasakan hidup untuk membuang asap yang terdeteksi .
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA
Berisikan tentang cara pengujian, hasil pengujian, dan analisa data dari pembuatan tugas akhir
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisikan tentang kesimpulan dari hasil pengujian analisis serta saran yang dikemukakan oleh penulis tentang pembuatan dan perancangan alat.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pencemaran Udara
Pencemaran udara adalah suatu kondisi di mana kualitas udara menjadi rusak dan terkontaminasi oleh zat-zat, baik yang tidak berbahaya maupun yang membahayakan kesehatan tubuh manusia. Salah satu penyebab dari pencemaran udara adalah asap rokok. Asap rokok mengandung ribuan bahan kimia beracun dan bahan-bahan yang dapat menimbulkan kanker (karsinogen). Bahan berbahaya dan racun dalam rokok tidak hanya mengakibatkan gangguan kesehatan pada orang yang merokok (perokok aktif).
Ada dua macam asap rokok yang menggangu kesehatan, yaitu asap utama (main stream) dan asap sampingan (side stream). Asap utama (main stream) adalah asap yang dihisap oleh si perokok. Asap sampingan (side stream) adalah asap yang merupakan pembakaran dari ujung rokok yang kemudian menyebar ke udara.
Pencemaran udara dibedakan menjadi dua yaitu, pencemar primer dan pencemar sekunder. Pencemar primer adalah substansi pencemar yang ditimbulkan langsung dari sumber pencemaran udara. Karbon monoksida adalah sebuah contoh dari pencemar udara primer karena ia merupakan hasil dari pembakaran. Pencemar sekunder adalah substansi pencemar yang terbentuk dari reaksi pencemar-pencemar primer di atmosfer. Pembentukan ozon dalam smog fotokimia adalah sebuah contoh dari pencemaran udara sekunder.
Index kualitas udara atau air quality index adalah untuk melaporkan kualiatas udara yang kita hirup. Index ini melaporkan seberapa bersih atau terpolusi udara yang kita hirup dan apa saja gangguan kesehatan yang diderita masyarakat di Indonesia. Sebagaimana di katakan sebelumnya, udara adalah salah satu komponen terpenting dalam kehidupan makhluk hidup. Untuk bisa tetap bertahan hidup semua makhluk akan menghirupnya. Namun, jika udaranya tidak layak, tentu saja ini akan berujung pada berbagai gangguan kesehatan. Banyak orang yang terlalu sering menghirup udara kotor mengalami berbagai penyakit parah.
Jika pencemaran udara terjadi terus menerus, maka tidak bisa di pungkiri jika pada akhirnya pun akan sangat berdampak pada yang namanya lapisan ozon. Apalagi
mengingat banyak zat kimia berbahaya yang ikut mencemari. Padahal lapisan ozon ini sangat berguna untuk melindungi dari ganasnya sinar matahari sehingga kerusakannya akan sangat di sayangkan.
Tabel. 2. 1 Rentang Indeks Standar Pencemar Udara
2.2 Mikrokontroller
Mikrokontroler adalah suatu chip berupa IC (Integrated Circuit) yang dapat menerima sinyal input, mengolahnya dan memberikan sinyal output sesuai dengan program yang diisikan ke dalamnya. Sinyal input mikrokontroler berasal dari sensor yang merupakan informasi dari lingkungan sedangkan sinyal output ditujukan kepada aktuator yang dapat memberikan efek ke lingkungan. Jadi secara sederhana mikrokontroler dapat diibaratkan sebagai otak dari suatu perangkat/produk yang mempu berinteraksi dengan lingkungan sekitarnya.Mikrokontroler pada dasarnya adalah komputer dalam satu chip, yang di dalamnya terdapat mikroprosesor, memori, jalur Input/Output (I/O) dan perangkat pelengkap lainnya. Kecepatan pengolahan data pada mikrokontroler lebih rendah jikadibandingkan dengan PC. Pada PC kecepatan mikroprosesor yang digunakan saat ini telah mencapai orde GHz, sedangkan kecepatan operasi mikrokontroler pada umumnya berkisar antara 1 –16 MHz. Begitu juga kapasitas RAM dan ROM pada PC yang bisa mencapai orde Gbyte, dibandingkan dengan mikrokontroler yang hanya berkisar pada orde byte/Kbyte.Meskipun kecepatan pengolahan data dan kapasitas memori pada mikrokontroler jauh lebih kecil jika dibandingkan dengan komputer personal, namun kemampuan mikrokontroler sudah cukup untuk dapat digunakan pada banyak
aplikasi terutama karena ukurannya yang kompak. Mikrokontroler sering digunakan pada sistem yang tidak terlalu kompleks dan tidak memerlukan kemampuan komputasi yang tinggi.Sistem yang menggunakan mikrokontroler sering disebut sebagai embeddedsystem atau dedicated system. Embeded system adalah sistem pengendali yang tertanam pada suatu produk, sedangkan dedicated system adalah sistem pengendali yang dimaksudkan hanya untuk suatu fungsi tertentu. Sebagai contoh,printer adalah suatu embedded yang terletak pada komponen elektronika.
system karena di dalamnya terdapat mikrokontroler sebagai pengendali dan juga dedicated system karena fungsi pengendali tersebut berfungsi hanya untuk menerima data dan mencetaknya. Hal ini berbeda dengan suatu PC yang dapat digunakan untuk berbagai macam keperluan, sehingga mikroprosesor pada PC sering disebut sebagai general purpose microprocessor (mikroprosesor serba guna). Pada PC berbagai macam software yang disimpan pada media penyimpanan dapat dijalankan, tidak seperti mikrokontroler hanya terdapat satu software aplikasi.
2.2.1 Jenis-Jenis Mikrokontroler 1. Mikrokontroler AVR
Mikrokonktroler Alv and Vegard’s Risc processor atau sering disingkat AVR merupakan mikrokonktroler RISC 8 bit. Karena RISC inilah sebagian besar kode instruksinya dikemas dalam satu siklus clock. Mikrokontroler AVR merupakan salah satu jenis arsitektur mikrokontroler yang menjadi andalan Atmel. Arsitektur ini dirancang memiliki berbagai kelebihan dan merupakan penyempurnaan dari arsitektur mikrokontroler-mikrokontroler yang sudah ada.
Berbagai seri mikrokontroler AVR telah diproduksi oleh Atmel dan digunakan di dunia sebagai mikrokontroler yang bersifat low cost dan high performance. Di Indonesia, mikrokontroler AVR banyak dipakai karena fiturnya yang cukup lengkap, mudah untuk didapatkan, dan harganya yang relatif terjangkau.
A. Varian Mikrokontroler AVR
Antar seri mikrokontroler AVR memiliki beragam tipe dan fasilitas, namun kesemuanya memiliki arsitektur yang sama, dan juga set instruksi yang relatif tidak berbeda. Tabel dibawah ini membandingkan beberapa seri mikrokontroler AVR buatan Atmel.
Keterangan:
Flashadalah suatu jenis Read Only Memory yang biasanya diisi dengan program hasil buatan manusia yang harus dijalankan oleh mikrokontroler
RAM (Random Acces Memory) merupakan memori yang membantu CPU untuk penyimpanan data sementara dan pengolahan data ketika program sedang running
EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) adalah memori untuk penyimpanan data secara permanen oleh program yang sedang running
Port I/O adalah kaki untuk jalur keluar atau masuk sinyal sebagai hasil keluaran ataupun masukan bagi program
Timer adalah modul dalam hardware yang bekerja untuk menghitung waktu/pulsa
UART (Universal Asynchronous Receive Transmit) adalah jalur komunikasi data khusus secara serial asynchronous
PWM (Pulse Width Modulation) adalah fasilitas untuk membuat modulasi pulsa
ADC (Analog to Digital Converter) adalah fasilitas untuk dapat menerima sinyal analog dalam range tertentu untuk kemudian dikonversi menjadi suatu nilai digital dalam range tertentu
SPI (Serial Peripheral Interface) adalah jalur komunikasi data khusus secara serial secara serial synchronous
ISP (In System Programming) adalah kemampuan khusus mikrokontroler untuk dapat diprogram langsung dalam sistem rangkaiannya dengan membutuhkan jumlah pin yang minimal
B. Arsitektur Mikrokontroler AVR
Mikrokontroler AVR sudah menggunakan konsep arsitektur Harvard yang memisahkan memori dan bus untuk data dan program, serta sudah menerapkan single level pipelining. Selain itu mikrokontroler AVR juga mengimplementasikan RISC (Reduced Instruction Set Computing) sehingga eksekusi instruksi dapat berlangsung sangat cepat dan efisien. Blok sistem mikrokontroler AVR dapat dilihat dalam Gambar 2.1.
Gambar 2.2 Blok Diagram Mikrokontroler AVR
Salah satu seri mikrokontroler AVR yang banyak menjadi andalan saat ini adalah tipe ATtiny2313 dan ATmega8535. Seri ATtiny2313 banyak digunakan untuk sistem yang relatif sederhana dan berukuran kecil. Berikut adalah feature- feature mikrokontroler seri ATtiny2313.
Kapasitas memori Flash 2 Kbytes untuk program
Kapasitas memori EEPROM 128 bytes untuk data
Maksimal 18 pin I/O
8 interrupt
8-bit timer
Analog komparator
On-chip oscillator
Fasilitas In System Programming (ISP)
Sedangkan ATmega8535 banyak digunakan untuk sistem yang kompleks, memiliki input sinyal analog, dan membutuhkan memori yang relatif lebih besar.
Berikut adalah feature-feature mikrokontroler seri ATmega8535.
Memori Flash 8 Kbytes untuk program
Memori EEPROM 512 bytes untuk data
Memori SRAM 512 bytes untuk data
Maksimal 32 pin I/O
20 interrupt
Satu 16-bit timer dan dua 8-bit timer
8 channel ADC 10 bit
Komunikasi serial melalui SPI dan USART
Analog komparator
4 I/O PWM
Fasilitas In System Programming (ISP)
2. Mikrokontroler MCS-51
Mikrokonktroler ini termasuk dalam keluarga mikrokonktroler CISC (Complex Instruction Set Computer). Sebagian besar instruksinya dieksekusi dalam 12 siklus clock. Mikrokontroler MCS51 buatan Atmel terdiri dari dua versi, yaitu versi 20 kaki dan versi 40 kaki. Semua mikrokontroler ini dilengkapi dengan Flash PEROM (Programmable Eraseable Read Only Memory) sebagai media memori- program, dan susunan kaki IC-IC tersebut sama pada tiap versinya. perbedaan dari mikrokontroler-mikrokontroler tersebut terutama terletak pada kapasitas memori- program, memori-data dan jumlah pewaktu 16-bit.
Mikrokontroler MCS51 Atmel versi mini (20 pin) dan versi 40 pin secara garis besar memiliki struktur dasar penyusun arsitektur mikrokontroler yang sama.
Bagian-bagian tersebut secara lebih lengkap (detil) ditunjukan dalam diagram blok berikut.
Gambar 2.3 Diagram blok Mikrokontroler MCS51 Atmel
Mikrokontroler MCS51 Atmel versi 40 kaki mempunyai 32 kaki sebagai port paralel dan 8 pin yang lain untuk konfigurasi kerja mikrokontroler.
Satu port paralel terdiri dari 8 kaki, dengan demikian 32 kaki tersebut membentuk 4 buah port pararel yang masing-masing dikenal sebagai port 0, port 1, port 2, port 3.
Nomor dari masing-masing jalur (kaki) dari port paralel mikrokontroler MCS51 Atmel mulai dari 0 sampai 7, jalur (kaki) pertama dari port 0 disebut sebagai P0.0 dan jalur terakhir untuk port 3 adalah P3.7. Mikrokontroler MCS51 Atmel versi mini mempunyai 20 kaki, 15 kaki diantaranya adalah kaki port 1 dan port 3. 5 kaki yang lain untuk konfigurasi kerja mikrokontroler. Port 1 terdiri dari 8 jalur yaitu P1.0 sampai P1.7 dan port 3 terdiri dari 7 jalur yaitu P3.0 sampai P3.5 dan P3.7. Susunan kaki mikrokontroler MCS51 atmel versi 40 kaki dapat dilihat pada Gambar 2.2 berikut.
Gambar 2.4 Susunan kaki Mikrokontroler MCS51 Atmel Fungsi-Fungsi Kaki (Pin)
VCC : Kaki VCC digunakan untuk masukan suplai tegangan.
GND : Kaki (pin) GND funsinya sebagai saluran ground atau pentanahan.
RST : Kaki RST fungsinya sebagai masukan reset. Kondisi “1” selama 2 siklus mesin pada saat oscillator bekerja akan me-resetmikrokontroler yang bersangkutan.
ALE : Kaki ALE digunakan sebagai keluaran ALE atau Adreess Latch Enableyang akan menghasilkan pulsa-pulsa untuk menahan byte rendah (low byte) alamat selama mengakses memori eksternal. Kaki ini juga berfungsi sebagai masukan pulsa program (the program pulse input) atau selama pemrograman flash. Pada operasi normal, ALE akan berpulsa dengan laju 1/6 dari frekuensi kristal dan dapat digunakan sebagai pewaktuan (timing) atau pendekatan (clocking) rangkainan eksternal.
Kaki (Program Store Enable) merupakan sinyal baca untuk memori program eksternal. Saat mikrokontroler MCS51 menjalankan program dari memori eksternal, akan diaktifkan dua kali per-siklus mesin, kecuali dua aktivasi dilompati (diabaikan) saat mengakses memori data eksternal.
VPP : Kaki /VPP ( Exkternal Access Enable) fungsinya sebagai kontrol untuk mengakses memori. harus dihubungkan ke ground, jika mikrokontroler akan mengeksekusi program dari memori eksrternal. Selain itu harus dihubungkan ke VCC jika akan mengakses program secara internal. Kaki ini juga berfungsi untuk menerima tegangan 12V (VPP) selama pemrograman flash, khususnya untuk tipe mikrokontroler 12V volt.
3. Mikrokontroler PCI
PIC memungkinkan untuk mengontrol perangkat output ketika dihubungkan oleh sensor dan switch. Program dapat dihasilkan dengan menggunakan diagram alur dalam perangkat lunak komputer yang kemudian dapat didownload kedalam chip
PIC. Dapat ditulis ulang memori jenis ini disbeut dengan memori flash. Sebuah mikrokontroller PIC adalah sirkuit terpadu tunggal cukup kecil untuk muat di telapak tangan dan berisi memori pengolahan unit, jam dan sirkuit input/ output dalam satu unit. Sebuah mikrokontroller PIC, sering digambarkan sebagai komputer dalam sirkuit terpadu. Mikrokontroller PIC dapat dibeli kosong dan kemudian diprogram dengan program kontrol tertentu. Mikrokontroller PIC juga dapat dibeli dengan pradiprogram seperangkat perintah yang memungkinkan download langsung dari kabel komputer dan mengurangi biaya peralatan pemograman.
4. Mikrokontroler ARM
ARM adalah prosesor dengan arsitektur set instruksi 32bit RISC (Reduced Instruction Set Computer) yang dikembangkan oleh ARM Holdings. ARM merupakan singkatan dari Advanced RISC Machine (sebelumnya lebih dikenal dengan kepanjangan Acorn RISC Machine). Pada awalnya ARM prosesor dikembangkan untuk PC (Personal Computer) oleh Acorn Computers, sebelum dominasi Intel x86 prosesor Microsoft di IBM PC kompatibel menyebabkan Acorn Computers bangkrut. Melalui izin dari seluruh arsitektur ARM adalah yang paling umum dilaksanakan 32-bit set instruksi arsitektur. Arsitektur diimplementasikan pada Windows, Unix, dan sistem operasi mirip Unix, termasuk Apple iOS, Android, BSD, Inferno, Solaris, dan GNU/Linux.
Kelebihan Sistem Dengan menggunakan Mikrokontroler yaitu Penggerak pada mikrokontoler menggunakan bahasa pemograman assembly dengan berpatokan pada kaidah digital dasar sehingga pengoperasian sistem menjadi sangat mudah dikerjakan sesuai dengan logika sistem (bahasa assembly ini mudah dimengerti karena menggunakan bahasa assembly aplikasi dimana parameter input dan output langsung bisa diakses tanpa menggunakan banyak perintah). Desain bahasa assembly ini tidak menggunakan begitu banyak syarat penulisan bahasa pemrograman seperti huruf besar dan huruf kecil untuk bahasa assembly tetap diwajarkan. Mikrokontroler tersusun dalam satu chip dimana prosesor, memori, dan I/O terintegrasi menjadi satu kesatuan kontrol sistem sehingga mikrokontroler dapat dikatakan sebagai komputer mini yang dapat bekerja secara inovatif sesuai dengan kebutuhan sistem. Sistem running bersifat berdiri sendiri tanpa tergantung dengan komputer sedangkan parameter komputer hanya digunakan untuk download perintah instruksi atau
program. Langkah-langkah untuk download komputer dengan mikrokontroler sangat mudah digunakan karena tidak menggunakan banyak perintah. Pada mikrokontroler tersedia fasilitas tambahan untuk pengembangan memori dan I/O yang disesuaikan dengan kebutuhan sistem. Harga untuk memperoleh alat ini lebih murah dan mudah
2.3 Sensor
Sensor adalah perangkat yang dapat mendeteksi dan merespon beberapa jenis masukan dari lingkungan fisik ataupun kimia. Input spesifik bisa cahaya, panas, gerak, kelembaban, tekanan, atau salah satu dari sejumlah besar fenomena lingkungan lainnya. Variabel keluaran dari sensor diubah menjadi besaran listrik yang disebut dengan Transduser.
Transduser adalah sebuah alat yang mengubah satu bentuk daya menjadi bentuk daya lainnya untuk berbagai tujuan termasuk pengubahan ukuran atau informasi (misalnya, sensor tekanan). Transduser bisa berupa peralatan listrik, elektronik, elektromekanik, elektromagnetik, fotonik, atau fotovoltaik. Dalam pengertian yang lebih luas, transduser kadang-kadang juga didefinisikan sebagai suatu peralatan yang mengubah suatu bentuk sinyal menjadi bentuk sinyal lainnya.Contoh yang umum adalah pengeras suara (audio speaker), yang mengubah beragam voltase listrik yang berupa musik atau pidato, menjadi vibrasi mekanis. Contoh lain adalah mikrofon, yang mengubah suara, bunyi, atau energi akustik menjadi sinyal atau energi listrik.
2.3.1 Jenis-Jenis Sensor
Berikut ini penjelasan mengenai macam-macam sensor beserta implementasinya yaitu:
1. Sensor Cahaya
Sensor cahaya sering disebut dengan "Perangkat Fotoelektrik" atau "Photo Sensor"
karena mengubah energi cahaya menjadi energi listrik. Sensor cahaya digunakan terhadap objek-objek yang memiliki bentuk warna atau cahaya yang diubah menjadi daya yang berbeda-beda. Sensor cahaya terdiri dari 3 macam
Berikut ini merupakan beberapa contoh dari sensor cahaya:
a. LDR (Light Dependent Resistor)
Sensor ini berfungsi untuk mengubah intensitas cahaya dari bahan semi konduktor yang terpapar cahaya menjadi hambatan listrik. Bahan yang menjadi
substrat semi konduktor meliputi: Timbal sulfida (PbS), Selenide Timbal (PbSe), Indium Antimonide (InSb) yang mendeteksi cahaya di kisaran infra merah dengan sensor cahaya photoresitive yang paling banyak digunakan yaituChadmium Sulphide (CdS). Prinsip kerja dari LDR (Light Dependent Resistor) yaitu semakin tinggi intensitas cahaya yang mengenai permukaan LDR maka hambatan listrik yang dihasilkan semakin besar, dan sebaliknya. Sensor ini dapat diimplementasikan dalam pembuatan lampu otomatis. Lampu yang secara otomatis hidup dimalam hari, dan mati disiang hari. Lampu hidup dikarenakan intensitas cahaya yang terbaca oleh sensor sangatlah minim, dan lampu akan mati jika intensitas cahaya yang terbaca cukup untuk mengaktifkan sensor.
b. Fotodiode
Fotodiode ini berfungsi untuk mengubah intensitas cahaya menjadi konduktivitas dioda. Fotodiode sejenis dengan dioda pada umummya, perbedaannya pada fotodiode ini adalah dipasangnya sebuah lensa pemfokus sinar untuk memfokuskan sinar jatuh pada pertemuan ”pn” (positif-negatif).
Prinsip kerjanya yaitu: Energi pancaran cahaya yang jatuh pada pertemuan
“pn” menyebabkan sebuah elektron berpindah ke tingkat energi yang lebih tinggi.
Elektron berpindah ke luar dari valensi band meninggalkan hole sehingga membangkitkan pasangan elektron bebas dan hole. Contoh produk yang menggunakan sensor Fotodiode adalah Line Follower atau lebih jelasnya Line Tracer. Sensor Fotodiode digunakan untuk menerima input perbedaan warna dari objek garis yang dipantulkan oleh pancaran lampu LED (Light Emitting Diode), sehingga Line Tracer dapat melaju dengan tepat melewati garis.
c. Fototransistor
Berfungsi untuk mengubah intensitas cahaya menjadi konduktivitas transistor. Fototransistor sejenis dengan transistor pada umummya. Perbedaannya terletak pada, fototransistor dipasang sebuah lensa pemfokus sinar pada kaki basis untuk memfokuskan sinar jatuh pada pertemuan ”pn” (positif-negatif).
2. Sensor Tekanan
Sensor tekanan sensor ini memiliki transduser yang mengukur ketegangan kawat, dimana mengubah tegangan mekanis menjadi sinyal listrik. Dasar penginderaannya pada perubahan tahanan pengantar (transduser) yang berubah akibat perubahan
panjang dan luas penampangnya. Contoh produk yang menggunakan sensor Tekanan, seperti: Alat untuk mendeteksi tekanan darah orang dewasa secara otomatis. Alat tersebut dilakukan dengan manset yang dipasang di lengan pasien, kemudian dipompa sampai pada tekanan tertentu yang selanjutnya baru dilakukan pengukuran tekanan darah.
3. Sensor Proximity
Proximity sensor atau yang disebut “ sensor jarak” adalah sebuah sensor yang mampu mendeteksi keberadaan benda yang berada didekatnya tanpa melakukan kontak fisik secara langsung. Biasanya sensor ini tediri dari alat elektronis solid- state yang terbungkus rapat untuk melindungi dari pengaruh getaran, cairan, kimiawi, dan korosif yang berlebihan. Sensor proximity dapat diaplikasikan pada kondisi penginderaan pada objek yang dianggap terlalu kecil atau lunak untuk menggerakkan suatu mekanis saklar. Contoh pemanfaatan dari sensor Proximity yaitu pada Smartphone yang pada proses pengaplikasiannya menggunakan teknik Air Gesture. Dimana penggunanya dapat melakukan manajemen akses ke smartphone tanpa melakukan kontak fisik ke layar smartphone.
4. Sensor Ultrasonik
Sensor ultrasonik bekerja berdasarkan prinsip pantulan gelombang suara, dimana sensor ini menghasilkan gelombang suara yang kemudian menangkapnya kembali dengan perbedaan waktu sebagai dasar penginderaannya. Perbedaan waktu antara gelombang suara dipancarkan dengan ditangkapnya kembali gelombang suara tersebut adalah berbanding lurus dengan jarak atau tinggi objek yang memantulkannya. Jenis objek yang dapat diindera diantaranya adalah: objek padat, cair, butiran maupun tekstil. Banyak produk-produk yang pada pemrosesannya menggunakan sensor Ultrasonik. Misalnya: pada Robot KRCI (kontes robot cerdas indonesia) tergolong semua kontestan menggunakan sensor Ultrasonik. Sehingga robot dapat melalui rintangan dengan tidak menyentuh objek-objek yang berada disekitarnya.
5. Sensor Kecepatan (RPM)
Proses penginderaan sensor kecepatan merupakan proses kebalikan dari suatu motor, dimana suatu poros/object yang berputar pada suatui generator akan menghasilkan suatu tegangan yang sebanding dengan kecepatan putaran object.
Kecepatan putar sering pula diukur dengan menggunakan sensor yang mengindera pulsa magnetis (induksi) yang timbul saat medan magnetis terjadi. Contohnya pada alat pengukur kecepatan speedometer. Alat tersebut mengukur kecepatan laju motor dalam kilometer perjam.
6. Sensor Magnet
Sensor Magnet atau disebut juga relai buluh, adalah alat yang akan terpengaruh medan magnet dan akan memberikan perubahan kondisi pada keluaran.
Seperti layaknya saklar dua kondisi (on/off) yang digerakkan oleh adanya medan magnet di sekitarnya. Biasanya sensor ini dikemas dalam bentuk kemasan yang hampa dan bebas dari debu, kelembapan, asap ataupun uap. Implementasi dari alat ini seperti, Pengukuran medan magnet berbasis komputer terdiri dari sensor medan magnet UGN3503, Op-Amp LM358 dan ADC 0804.
Prinsip kerja alat adalah mendekatkan magnet pada sensor. Keluaran sensor berupa tegangan akan dikuatkan oleh op-amp agar dapat diproses oleh ADC.
Selanjutnya tegangan dikonversi oleh ADC menjadi data digital, kemudian diolah oleh komputer dengan program visual basic dan hasilnya ditampilkan pada PC.
7. Sensor Penyandi (Encoder)
Sensor Penyandi (Encoder) digunakan untuk mengubah gerakan linear atau putaran menjadi sinyal digital, dimana sensor putaran memonitor gerakan putar dari suatu alat. Sensor ini biasanya terdiri dari 2 lapis jenis penyandi, yaitu; Pertama, Penyandi rotari tambahan (yang mentransmisikan jumlah tertentu dari pulsa untuk masing-masing putaran) yang akan membangkitkan gelombang kotak pada objek yang diputar. Kedua, Penyandi absolut (yang memperlengkapi kode binary tertentu untuk masing-masing posisi sudut) mempunyai cara kerja sang sama dengan perkecualian, lebih banyak atau lebih rapat pulsa gelombang kotak yang dihasilkan sehingga membentuk suatu pengkodean dalam susunan tertentu. Contoh pengimplementasiannya yaitu sensor ini dapat dibuat menjadi suatu sistem yang dapat menghitung kekuatan gempa bumi dengan menggunakan sensor incremental rotary encoder dan diolah oleh mikrokontroler.
8. Sensor Suhu
Seperti namanya, sensor ini tentunya digunakan untuk mendeteksi suhu.
Terdapat 4 jenis utama sensor suhu yang umum digunakan, yaitu thermocouple (T/C)
resistance temperature detector (RTD), termistor dan IC sensor. Thermocouple pada intinya terdiri dari sepasang transduser panas dan dingin yang disambungkan dan dilebur bersama, dimana terdapat perbedaan yang timbul antara sambungan tersebut dengan sambungan referensi yang berfungsi sebagai pembanding. Resistance Temperature Detector (RTD) memiliki prinsip dasar pada tahanan listrik dari logam yang bervariasi sebanding dengan suhu. Kesebandingan variasi ini adalah presisi dengan tingkat konsisten/kestabilan yang tinggi pada pendeteksian tahanan. Platina adalah bahan yang sering digunakan karena memiliki tahanan suhu, kelinearan, stabilitas dan reproduksibilitas. Termistor adalah resistor yang peka terhadap panas yang biasanya mempunyai koefisien suhu negatif, karena saat suhu meningkat maka tahanan menurun atau sebaliknya.
Jenis ini sangat peka dengan perubahan tahan 5% per C sehingga mampu mendeteksi perubahan suhu yang kecil. Sedangkan IC Sensor adalah sensor suhu dengan rangkaian terpadu yang menggunakan chipsilikon untuk kelemahan penginderanya. Mempunyai konfigurasi output tegangan dan arus yang sangat linear.
Biasanya sensor ini banyak dipasang pada alat detektor asap yang digunakan untuk melacak adanya kebakaran.
9. Flow Meter Sensor
Flow Meter merupakan Sensor yang digunakan untuk mengetahui flow dari suatu material baik solid maupun liquid. Di Dunia Industri terdapat macam-macam jenis dari Sensor Flow ini. Untuk Yang Liquid biasanya menggunakan jenis Turbin, Elektromagnetic, VenturiMeter dan lain-lain. Sedangkan untuk Solid material biasanya digunakan dari kombinasi beberapa peralatan instrument yang dijadikan Flow Meter, contohnya Weigh Feeder.
2.4 LCD ( Liquid Crystal Display )
Display elektronik adalah salah satu komponen elektronika yang berfungsi sebagai tampilan suatu data, baik karakter, huruf ataupun grafik. LCD (Liquid Cristal Display) adalah salah satu jenis display elektronik yang dibuat dengan teknologi CMOS logic yang bekerja dengan tidak menghasilkan cahaya tetapi memantulkan cahaya yang ada di sekelilingnya terhadap front-lit atau mentransmisikan cahaya dari back-lit.LCD berfungsi menampilkan suatu nilai hasil sensor, menampilkan teks,
atau menampilkan menu pada aplikasi mikrokontroler. LCD yang digunakan adalah jenis LCD M1632. LCDM1632 merupakan modul LCD dengan tampilan 16 x 2 baris dengan konsumsi daya rendah (Napitupulu, Chandra M, 2011).Modul ini dilengkapi dengan mikrokontroler yang didisain khusus untuk mengendalikan LCD. Kegunaan LCD banyak sekali dalam perancangan suatu sistem dengan menggunakan mikrokontroler. LCD dapat berfungsi untuk menampilkan suatu nilai hasil sensor, menampilkan teks, atau menampilkan menu pada aplikasi mikrokontroler.
Adapun fitur yang disajikan dalam LCD ini adalah : 1. Terdiri dari 16 karakter dan 2 baris
2. Mempunyai 192 karakter tersimpan 3. Terdapat karakter generator terprogram 4. Dapat dialamati dengan mode 4-bit dan 8-bit 5. Dilengkapi dengan back light.
6. Tersedia VR untuk mengatur kontras.
7. Pilihan konfigurasi untuk operasi write only atau read/write.
8. Catu daya +5 Volt DC.
Gambar 2.5 LCD (Liquid Crystal Display) 2.4.1 Prinsip Kerja LCD (Liquid Crystal Display)
Sekedar mengingatkan pelajaran fisika kita mengenai cahaya putih, cahaya putih adalah cahaya terdiri dari ratusan cahaya warna yang berbeda. Ratusan warna cahaya tersebut akan terlihat apabila cahaya putih mengalami refleksi atau perubahan arah sinar. Artinya, jika beda sudut refleksi maka berbeda pula warna cahaya yang dihasilkan.Backlight LCD yang berwarna putih akan memberikan pencahayaan pada Kristal Cair atau Liquid Crystal. Kristal cair tersebut akan menyaring backlight yang
diterimanya dan merefleksikannya sesuai dengan sudut yang diinginkan sehingga menghasilkan warna yang dibutuhkan. Sudut Kristal Cair akan berubah apabila diberikan tegangan dengan nilai tertentu. Karena dengan perubahan sudut dan penyaringan cahaya backlight pada kristal cair tersebut, cahaya backlight yang sebelumnya adalah berwarna putih dapat berubah menjadi berbagai warna.Jika ingin menghasilkan warna putih, maka kristal cair akan dibuka selebar-lebarnya sehingga cahaya backlight yang berwarna putih dapat ditampilkan sepenuhnya. Sebaliknya, apabila ingin menampilkan warna hitam, maka kristal cair harus ditutup serapat- rapatnya sehingga tidak adalah cahaya backlight yang dapat menembus. Dan apabila menginginkan warna lainnya, maka diperlukan pengaturan sudut refleksi kristal cair yang bersangkutan.
2.4.2 Struktur Dasar LCD (Liquid Crystal Display)
LCD atau Liquid Crystal Display pada dasarnya terdiri dari dua bagian utama yaitu bagian Backlight (Lampu Latar Belakang) dan bagian Liquid Crystal (Kristal Cair). Seperti yang disebutkan sebelumnya, LCD tidak memancarkan pencahayaan apapun, LCD hanya merefleksikan dan mentransmisikan cahaya yang melewatinya.
Oleh karena itu, LCD memerlukan Backlight atau Cahaya latar belakang untuk sumber cahayanya. Cahaya Backlight tersebut pada umumnya adalah berwarna putih.
Sedangkan Kristal Cair (Liquid Crystal) sendiri adalah cairan organik yang berada diantara dua lembar kaca yang memiliki permukaan transparan yang konduktif.Dibawah ini adalah gambar struktur dasar sebuah LCD :
Gambar 2.6 Struktur Dasar Sebuah LCD
LCD yang digunakan pada Kalkulator dan Jam Tangan digital pada umumnya menggunakan Cermin untuk memantulkan cahaya alami agar dapat menghasilkan digit yang terlihat di layar. Sedangkan LCD yang lebih modern dan berkekuatan tinggi seperti TV, Laptop dan Ponsel Pintar menggunakan lampu Backlight (Lampu Latar Belakang) untuk menerangi piksel kristal cair. Lampu Backlight tersebut pada umumnya berbentuk persegi panjang atau strip lampu Flourescent atau Light Emitting Diode (LED).
2.5 Jenis – Jenis Arduino
Arduino merupakan sebuah pengendali mikro single-board yang bersifat open-source yang diturunkan dari Wiring platform, dan dirancang untuk memudahkan penggunaan elektronik dalam berbagai bidang. Hardwarenya memiliki proses Atmel AVR dan softwarenya memiliki bahasa pemograman tersendiri.
Arduino juga merupakan platform hardware yang terbuka dan ditujukan kepada siapa saja yang ingin membuat purwarupa atau prototype peralatan elektronik interaktif berdasarkan hardware dan software yang fleksibel serta mudah digunakan.
Mikrokontroler diprogram dengan menggunakan bahasa pemrograman arduino yang memiliki kemiripan syntax dengan bahasa pemrograman C. Karena sifatnya ini yang terbuka maka siapa saja dapat mengunduh skema hardware arduino dan membangunnya oleh karena itu saat ini Arduino menjadi sangat populer di seluruh
dunia, hal ini terjadi karena belajar mengenal robotika dan elektronika bahkan sampai dengan pengembangannya dengan Arguino ini cukup mudah di pelajari oleh karena itu bagi seorang pemula cocok menggunkan Arduino ini dan bahkan bagi para hobbyist / professional senang menggunkan Arduino ini untuk pengembangan system yang telah dibuat.
Arduino ini menggunakan keluarga mikrokontroler ATMega yang dirilis oleh Atmel sebagai basis tetapi ada individu/perusahaan yang lain yang membuat clone atau tiruan dari Arduino dengan menggunakan mikrokontroler lain namun tetap kompatibel dengan Arduino pada level hardware. Untuk fleksibilitas, program dimasukkan melalui bootloader meskipun ada opsi untuk membypass bootloader dan menggunakan downloader untuk memprogram mikrokontroler secara langsung melalui port ISP.
Berikut ini beberapa jenis atau tipe – tipe arduino yang ada dipasaran sekaligus spesifikasi singkat dari masing-masing tipe Arduino.
Arduino USB, yaitu mikrokontroler Arduino dengan menggunakan USB sebagai antar muka pemrograman atau komunikasi komputer. Berikut beberapa contoh tipe Arduino USB:
1. Arduino UNO
Jenis yang ini adalah yang paling banyak digunakan. Terutama untuk pemula sangat disarankan untuk menggunakan Arduino Uno. Dan banyak sekali referensi yang membahas Arduino Uno. Versi yang terakhir adalah Arduino Uno R3 (Revisi 3), menggunakan ATMEGA328 sebagai Microcontrollernya, memiliki 14 pin I/O digital dan 6 pin input analog. Untuk pemograman cukup menggunakan koneksi USB type A to To type B. Sama seperti yang digunakan pada USB printer. Arduino Uno adalah salah satu development kit mikrokontroler yang berbasis pada ATmega28. Arduino Uno merupakan salah satu board dari family Arduino. Ada beberapa macam arduino bardseperti Arduino Nano, Arduino Pro Mini, Arduino Mega, Arduino Yun, dll. Namun yang paling populer adalah Arduino Uno. Arduino Uno board memilki 14 pin digital input/output, 6 analog input, sebuah resonator keramik 16MHz, koneksi USB, colokan power input, ICSP header, dan sebuah tombol reset.
Dan fungsi Arduino Uno ini dibuat untuk memudahkan kita dalam melakukan prototyping, memprogram mikrokontroler, membuat alat-alat canggih
berbasis mikrokontorler. Dengan Arduino IDE inilah kita melakukan pemrograman, melakukan kompilasi program, debugging dan proses download ke Arduino boardnya. Dengan sekali klik, program yang sudah kita buat langsung tercompile dan terdownload ke mikrokontroler yang ada di Arduino Board. Dan Arduino akan langsung bekerja sesuai dengan program yang keinginan kita.
2. Arduino Nano
Arduino Nano adalah salah satu papan pengembangan mikrokontroler yang berukuran kecil, lengkap dan mendukung penggunaan breadboard. Arduino Nano diciptakan dengan basis mikrokontroler ATmega328 (untuk Arduino Nano versi 3.x) atau ATmega 168 (untuk Arduino versi 2.x). Arduino Nano kurang lebih memiliki fungsi yang sama dengan Arduino Duemilanove, tetapi dalam paket yang berbeda.
Arduino Nano tidak menyertakan colokan DC berjenis Barrel Jack, dan dihubungkan ke komputer menggunakan port USB Mini-B. Arduino Nano dirancang dan diproduksi oleh perusahaan Gravitech.
Arduino Nano dapat diaktifkan melalui koneksi USB Mini-B, atau melalui catu daya eksternal dengan tegangan belum teregulasi antara 6-20 Volt yang dihubungkan melalui pin 30 atau pin VIN, atau melalui catu daya eksternal dengan tegangan teregulasi 5 volt melalui pin 27 atau pin 5V. Sumber daya akan secara otomatis dipilih dari sumber tegangan yang lebih tinggi. Chip FTDI FT232L pada Arduino Nano akan aktif apabila memperoleh daya melalui USB, ketika Arduino Nano diberikan daya dari luar (Non-USB) maka Chip FTDI tidak aktif dan pin 3.3V pun tidak tersedia (tidak mengeluarkan tegangan), sedangkan LED TX dan RX pun berkedip apabila pin digital 0 dan 1 berada pada posisi HIGH. ATmega168 memiliki 16 KB flash memory untuk menyimpan kode (2 KB digunakan untuk bootloader);
Sedangkan ATmega328 memiliki flash memory sebesar 32 KB, (juga dengan 2 KB digunakan untuk bootloader). ATmega168 memiliki 1 KB memory pada SRAM dan 512 byte pada EEPROM (yang dapat dibaca dan ditulis dengan perpustakaan EEPROM); Sedangkan ATmega328 memiliki 2 KB memory pada SRAM dan 1 KB pada EEPROM. Arduino Nano dapat menggunakan catudaya langsung dari mini- USB port atau menggunakan catudaya luar yang dapat diberikan pada pin30 (+) dan pin29 (-) untuk tegangan kerja 7 – 12 V atau pin 28(+) dan pin 29(-) untuk tegangan 5V. Atmega 168 dilengkapi dengan flash memori sebesar 16 kbyte yang dapat digunakan untuk menyimpan kode program utama. Flash memori ini sudah terpakai
2 kbyte untuk program boatloader sedangkan Atmega328 dilengkapi dengan flash memori sebesar 32 kbyte dan dikurangi sebesar 2 kbyte untuk boatloader.
Selain dilengkapi dengan flash memori, mikrokontroller ATmega168 dan ATmega328 juga dilengkapi dengan SRAM dan EEPROM. SRAM dan EEPROM dapat digunakan untuk menyimpan data selama program utama bekerja. Besar SRAM untuk ATmega168 adalah 1 kb dan untuk ATmega328 adalah 2 kb sedangkan besar EEPROM untuk ATmega168 adalah 512 b dan untuk ATmega328 adalah 1 kb.
2.5.1 Pin Input dan Output Arduino Nano
Masing-masing dari 14 pin digital Arduino Nano dapat digunakan sebagai masukan atau keluaran menggunakan fungsi pinMode(), digitalWrite() dan digitalRead(). Setiap pin beroperasi pada tegangan 5 volt. Setiap pin mampu menerima atau menghasilkan arus maksimum sebasar 40 mA dan memiliki resistor pull-up internal (diputus secara default) sebesar 20-30 KOhm. Sebagai tambahan, beberapa pin masukan digital memiliki kegunaan khusus yaitu:
Komunikasi serial: pin 0 (RX) dan pin 1 (TX), digunakan untuk menerima (RX) dan mengirim (TX) data secara serial.
1. External Interrupt: pin 2 dan pin 3, pin ini dapat dikonfigurasi untuk memicu sebuah interrupt pada nilai rendah, sisi naik atau turun, atau pada saat terjadi perubahan nilai.
2. Pulse-width modulation (PWM): pin 3,5,6,9,10 dan 11, menyediakan keluaran PWM 8-bit dangan menggunakan fungsi analogWrite().
3. Serial Peripheral Interface (SPI): pin 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO) dan 13 (SCK), pin ini mendukung komunikasi SPI dengan menggunakan SPI library.
4. LED: pin 13, terdapat built-in LED yang terhubung ke pin digital 13. Ketika pin bernilai HIGH maka LED menyala, sebaliknya ketika pin bernilai LOW maka LED akan padam.
Arduino Nano juga dilengkapi dengan 8 buah pin analog, yaitu pin A0, A1, A2, A3, A4, A5, A6 dan A7. Pin analog ini terhubung ke ADC (analog to digital converter) internal yang terdapat di dalam mikrokontroller. Pada kondisi awal, pin analog ini dapat mengukur variasi tegangan dari 0V sampai 5 V pada arus searah dengan besar arus maksimum 40 mA. Lebar range ini dapat diubah dengan memberikan sebuah tegangan referensi dari luar melalui pin Vref. Pin analog selain dapat digunakan untuk input data analog, juga dapat digunakan sebagai pin digital
I/O, kecuali pin A6dan A7 yang hanya dpat digunakan untuk input data analog saja.
Fungsi khusus untuk pin analog antara lain : Pin A4untuk pin SDA, pin A5 untuk pin SCL, pin ini dapat digunakan untuk komunikasi I2C. Pin Aref digunakan sebagai pin tegangan referensi dari luar untuk mengubah range ADC. Pin reset, pin ini digunakan untuk mereset board Arduino Nano, yaitu dengan menghubungkan pin ini ke ground selama beberapa milidetik. Board Arduino Nano selain dapat direset melalui pin reset, juga dapat direset dengan menggunakan tombol reset yang terpasang pada board Arduino Nano.
Arduino Nano sudah dilengkapi dengan beberapa fasilitas untuk komunikasi yang dapat digunakan untuk berkomunikasi dengan komputer (PC atau Laptop), atau dengan board mikrokontroller lainnya. ATmega168 dan ATmega328 dilengkapi dengan komunikasi serial UART TTL (5V), yang terdapat pada pin D0 dan pin D1. Board juga dilengkapi dengan sebuah IC FTDI 232 Rl yang dapat dihubungkan langsung ke komputer untuk menghasilkan sebuah virtual com-port pada operating sistem. Software Arduino (sketch) yang digunakan sebagai IDE Arduino juga dilengkapi dengan serial monitor yang memungkinkan programmer untuk menampilkan data serial sederhana yang dapat dikirim atau diterima dari board Arduino Nano. Led RX dan TX yang terpasang pada board Arduino Nano akan berkedip jika terjadi komunikasi data serial antara PC dengan Arduino Nano.
dengan mode komunikasi I2C (TWI) dan SPI untuk komunikasi antar hardware.
2.5.2 Sumber Daya dan Tegangan Arduino Nano
Arduino Nano dapat diberi daya melalui koneksi USB (Universal Serial Bus) atau melalui power supply eksternal. Jika arduino dihubungkan ke kedua sumber daya tersebut secara bersamaan maka Arduino Nano akan memilih salah satu sumber daya secara otomatis untuk digunakan. Power supplay external (yang bukan melalui USB) dapat berasal dari adaptor AC ke DC atau baterai. Adaptor dapat dihubungkan ke soket power pada arduino Nano. Jika menggunakan baterai, ujung kabel yang dibubungkan ke baterai dimasukkan kedalam pin GND dan Vin yang berada pada konektor POWER (Simanjuntak, M.G, 2013).
Arduino Nano dapat beroperasi pada tegangan 6 sampai 20 volt. Jika Arduino Nano diberi tegangan di bawah 7 volt, maka pin 5V akan menyediakan tegangan di
bawah 5 volt dan Arduino Nano munkin bekerja tidak stabil. Jika diberikan tegangan melebihi 12 volt, penstabil tegangan kemungkinan akan menjadi terlalu panas dan merusak Arduino Nano. Tegangan rekomendasi yang diberikan ke Arduino Nano berkisar antara 7 sampai 12 volt (Simanjuntak, M.G, 2013).
2.5.2 Peta Memory Arduino Nano
Arduino Nano adalah arduino board yang menggunakan mikrokontroler ATmega328. Maka peta memori Arduino Nano sama dengan peta memori pada mikrokontroler ATmega328.
2.5.3 Memory Program
ATMega328 memiliki 32K byte On-chip In-System Reprogrammable Flash Memory untuk menyimpan program. Memori flash dibagi kedalam dua bagian, yaitu bagian program bootloader dan aplikasi seperti pada gambar 2.5. Bootloader adalah program kecil yang bekerja pada saat sistem dimulai yang dapat memasukkan seluruh program aplikasi ke dalam memori prosesor.
Gambar 2.7 Peta Memori Program ATMega 328 2.5.4 Memori Data
Memori data ATMega328 terbagi menjadi 4 bagian, yaitu 32 lokasi untu register umum, 64 lokasi untuk register I/O, 160 lokasi untuk register I/O tambahan dan sisanya 2048 lokasi untuk data SRAM internal. Register umum menempati alamat data terbawah, yaitu 0x0000 sampai 0x001F. Register I/O menempati 64 alamat berikutnya mulai dari 0x0020 hingga 0x005F. Register I/O tambahan menempati 160 alamat berikutnya mulai dari 0x0060 hingga 0x00FF. Sisa alamat
berikutnya mulai dari 0x0100 hingga 0x08FF digunakan untuk SRAM internal (Simanjuntak, M.G. 2013). Peta memori data dari ATMega 328 dapat dilihat pada Gambar 2.4.
Gambar 2.8 Peta Memori Data ATMega 328
2.6 Relay
Relay adalah saklar elektronik,yang bekerja karena adanya kontrol yang digerakkan oleh listrik.Relay terdiri dari 2 bagian utama yaitu,Elektromagnet (Coil ) dan Mekanikal.Terbuka / tertupnya saklar bergantung pada coil apakah ada listrik yang melewati,sebab koil akan berubah menjadi magnet seketika ada listrik yang melewatinya,sehingga tuas mekanik akan tertarik.Relay mampu menangani daya yang lebih besar dari daya kerjanya.menurut arus listrik kerjanya ,relay dibagi menjadi 2 yaitu Relay AC dan Relay DC.untuk bisa mengetauhi apakah tegangan kerja yang dibutuhkan anda bisa melihat informasi teknis yang tertulis pada body.Relay AC bekerja pada tegangan 220 Volt,sedangkan Relay DC umumnya bekerja pada tegangan 6 Volt 12 Volt, 24 Volt, 48 Volt.
Gambar 2.9 Ilustrasi Cara Kerja Relay
Untuk menjelaskan prinsip kerja secara lebih lengkap,silahkan perhatikan kontruksi relay pada gambar berikut,.relay memilki coil atau lilitan kawat yang berfungsi apabila lilitan tersebut diberikan tegangan kerjanya (power) maka akan berubah menjadi magnet,sehingga tuas akan tertarik menempel pada coil. Tuas yang awalnya terhubung dengan terminal output Normally Close (NC) akan berpindah ke terminal output normally open (NO),begitu tidak ada power maka tuas akan kembali ke posisi semula.tuas dapat kembali ke posisi semula dikarenakan menggunakan plat yang memilki kelenturan baik,yang mampu menjangkau diantara kedua jarak terminal,oleh kerenanya relay memiliki rumah yang melindungi gangguan luar terhadap sistem kerjanya. Relay dengan kemapuan besar biasanaya di kemas pelindung yang transparan,sehingga masih memungkinkan kita mengetauhi bagaimana sistem mekanik di dalamnya bekerja.Jika tegangan yang di berikan berada di antara kondisi keduanya,maka akan sangat terdengar bunyi perpindahan tuasnya.
Secara umum, keutamaan penggunaan relay adalah kemampunya bekerja pada rangkaian berdaya rendah dan mampu menangani system pensaklaran dengan daya besar.hal inilah yang membedakan sistem pensaklaran menggunakan transistor.Sistem pada transitor menggunakan daya kecil penggunaanya pun untuk daya kecil.Relay dengan arus AC tidak lah berbeda kerjanya,hanya coil yang didesign mampu bekerja pada arus jenis AC.
1. Single Pole Single Throw (SPST) : Relay kelompok ini memiliki 1 jenis kontak,dengan 2 terminal 1 terminal input dan satu terminal output
2. Single Pole Double Throw (SPDT) : Relay kelompok ini memiliki 2 jenis kontak,terdiri dari 3 terminal,satu terminal input dan 2 terminal output dengan 2 kondisi normally NO/NC
3. Double Pole Single Throw (DPST) : Relay kelompok ini sama seperti dua relay SPST dalam satu rumah namun dikendalikan oleh hanya satu koil,satu kondisi kontak pada masing masing terminal
4. Double Pole Double Throw (DPDT) : Relay kelompok ini sama dengan relay jenis SPDT dalam satu rumah dan dikendalikan leh hanya satu koil
Untuk mendapatkan gambaran lebih jelasnya silahkan perhatikan symbol relay pada gambar dibawah ini.
Gambar 2.10 Simbol Relay
2.6.1 Jenis relay berdasarkan jumlah Pole dan Throw
Pada relay juga terdapat pole dan throw. Pole artinya yaitu banyaknya kontak yang dimiliki oleh relay, sedangkan throw artinya banyaknya kondisi yang dimiliki oleh kontak point.Jenis relay berdasarkan jumlah pole dan throw nya dibagi menjadi empat yaitu :
Relay tipe Single Pole Single Throw (SPST)
Relay tipe Single Pole Single Throw (SPST) ini memiliki empat kaki terminal, dua kaki terminal sebagai kontak point (saklar) dan dua terminal lainnya untuk kumparan elektromagnet. Dua terminal yang digunakan sebagai kontak point satu sebagai pole dan satu lagi sebagai throw.
Relay tipe Single Pole Double Throw (SPDT)
Relay tipe Single Pole Double Throw (SPDT) ini memiliki lima kaki terminal, tiga kaki terminal digunakan sebagai kontak point (saklar) dan dua kaki terminal lainnya digunakan sebagai kumparan elektromagnet. Tiga terminal yang digunakan sebagai kontak point satu sebagai pole dan dua sebagai throw.
Relay tipe Double Pole Single Throw (DPST)
Relay tipe Double Pole Single Throw (DPST) ini memiliki memiliki enam kaki terminal, emapat kaki sebagai terminal kontak point (saklar) dan dua kaki terminal lainnya digunakan sebagai kumparan elektromagnet. Empat terminal yang digunakan sebagai kontak point yang terdiri dari dua pasang saklar single pole double throw.
Relay tipe Double Pole Double Throw (DPDT)
Relay tipe Double Pole Double Throw (DPDT) ini memiliki delapan buah terminal, enam terminal digunakan sebagai kontak point (saklar) dan dua terminal
digunakan sebagai kumparan elektromagnet. Enam terminal yang digunakan sebagai kontak point yang terdiri dari dua pasang saklar single pole double throw.
Gambar 2.11 Relay
2.7 Buzzer
Buzzer adalah sebuah komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah getaran listrik menjadi suara. Prinsip kerja dari buzzer sama dengan loudspeaker, jadi buzzer juga terdiri dari kumparan yang terpasang pada diafragma dan kemudian kumparan tersebut dialiri arus sehingga menjadi 30ndicator30net. Kumpran tadi akan tertarik ke dalam atau keluar, tergantung dari arah arus dan polaritas magnetnya, karena kumparan dipasang pada diafragma maka setiap gerakan kumparan akan menggerakkan diafragma secara bolak-balik sehingga membuat udara bergetar yang akan menghasilkan udara. Buzzer biasa digunakan sebagai 30ndicator bahwa proses telah selesai atau terjadi suatu kesalahan pada sebuah alat (alarm). Buzzer mempunyai nilai impedansi sama seperti speaker. Jika nilai impedansi kurang dari 10 ohm kirta bisa langsung menghubungkan ke arduino dan jika impedansi yang lebih besar kita akan membutuhkan driver untuk mengangkat arus yang masuk ke buzzer.
Kita bisa menggunakan rangkaian transistor.kaki positive sambungkan pada baterai kutup positive dan kaki negatif sambunkan pada baterai kutub negative. Maka buzzer langsung berbunyi “beep, beep”. Yang sudah kita tau buzzer hanya bersuara satu saja. Dengan diprogram di arduino atau mikrokontroller lainnya kita bisa menggunakan buzzer dengan berbagai macam suara mono. Sederhananya buzzer mempunyai dua buah kaki yaitu kaki postive dan kaki negative untuk digunakan secara sederhana.
Gambar 2.12 Buzzer 2.8 Kipas Exhaust
Alat ini berfungsi untuk menghisap udara panas di dalam ruang dan membuangnya ke luar dan pada saat bersamaan menghisap udara segar di luar masuk ke dalam ruangan. Fungsi lain exhaust fan adalah mengatur volume udara yang akan disirkulasikan pada ruang. Supaya sehat setiap ruang butuh sirkulasi udara berbeda sesuai dengan fungsinya. Exhaust fan juga berfungsi untuk menghisap udara di dalam ruang untuk dibuang keluar, dan pada saat bersamaan menarik udara segar di luar kedalam ruangan. Selain itu exhaust fan juga bias mengatur volume udara yang akan disirkulasikan pada ruang. Supaya tetap sehat ruang butuh sirkulasi udara agar selalu ada pergantian udara dalam ruangan dengan udara segar dari luar luar ruangan.
Exhaust fan merupakan salah satu jenis kipas angin yg difungsikan untuk sirkulasi udara dalam ruang atau rumah. Oleh karena itu, peletakkannya diantara indoor dan outdoor. Kipas jenis exhaust fan, banyak digunakan karena dapat membuat ruangan sejuk tanpa AC. Dalam memilih exhaust fan, hal pertama yang perlu diperhatikan adalah luas ruangan. Kemudian ketahui juga fungsi ruangan. Misalnya, ruangan kerja saya sebenarnya juga berfungsi sebagai ruangan merokok. Setelah itu baru memilih exhaust fan dengan spesifikasi yang sesuai luas dan fungsi ruangan.Sirkulasi UdaraFungsi lain dari exhaust fan adalah untuk sirkulasi udara dimana pergantian udara akan sangat baik untuk mengatur kelembaban. Dengan sirkulasi udara yang baik, maka diharapkan ruang akan bisa digunakan dengan baik. Fungsi ini juga sangat baik digunakan pada ruang penyimpanan atau gudang. Dengan sirkulasi yang
baik, maka kelembaban yang bisa merusak stok barang bisa diatasi. Spesifikasi exhaust fan yang perlu diperhatikan diantaranya:
Konsumsi listrik (watt). Sesuaikan dengan daya sambungan listrik PLN kita.
Kalau terlalu besar, kadang malah bikin jeblok.
RPM yaitu rotation per minute atau putaran kipas per menit. Semakin tinggi RPM, semakin cepat sebuah exhaust fan menarik udara.
Noise atau tingkat keberisikan suara exhaust fan dalam satuan desibel (db).
dan yang terpenting adalah Air volume, yaitu volume udara yang mampu ditarik oleh exhaust fan. Volume udara biasanya ditulis dalam satuan CMM (meter kubik per menit) atau CMH (meter kubik per jam).
Luas dan fungsi ruangan menentukan seberapa besar air change rate atau tingkat keperluan pertukaran udara yang ditulis dalam satuan ACH (air changes per hour).
Gambar 2.13 Kipas Exhaust
