2. DASAR TEORI. 6 Universitas Kristen Petra

2.1. Prinsip Kerja Pengukur Curah Hujan

Hujan ialah peristiwa sampainya air dalam bentuk cair maupun padat yang dicurahkan dari atmosfer ke permukaan bumi. Garis pada peta yang menghubungkan tempat-tempat yang mempunyai curah hujan sama disebut Isohyet.

Klasifikasi hujan :

a. Berdasarkan ukuran butirannya, hujan dibedakan menjadi:

1. Hujan gerimis/drizzle, diameter butirannya kurang dari 0,5 mm.

2. Hujan salju/snow, terdiri dari kristal-kristal es yang temperatur udaranya berada di bawah titik beku (0º C).

3. Hujan batu es, curahan batu es yang turun di dalam cuaca panas dari awan yang temperaturnya di bawah titik beku (0º C).

4. Hujan deras/rain, curahan air yang turun dari awan yang temperaturnya di atas titik beku dengan diameter butiran ±7 mm.

b. Berdasarkan proses terjadinya, hujan dibedakan atas:

1. Hujan Frontal

Hujan frontal adalah hujan yang terjadi di daerah front, yang disebabkan oleh pertemuan dua massa udara yang berbeda temperaturnya.

Massa udara panas/lembab bertemu dengan massa udara dingin/padat sehingga berkondensasi dan terjadilah hujan.

2. Hujan Zenithal/Ekuatorial/Konveksi/Naik Tropis

Jenis hujan ini terjadi karena udara naik disebabkan adanya pemanasan tinggi. Terdapat di daerah tropis antara 23,5° LU - 23,5° LS. Oleh karena itu disebut juga hujan naik tropis.

3. Hujan Orografis/Hujan Naik Pegunungan

Terjadi karena udara yang mengandung uap air dipaksa oleh angin

mendaki lereng pegunungan yang makin ke atas makin dingin sehingga

terjadi kondensasi, terbentuklah awan dan jatuh sebagai hujan. Hujan yang

jatuh pada lereng yang dilaluinya disebut hujan orografis, sedangkan di

lereng sebelahnya bertiup angin jatuh yang kering dan disebut daerah bayangan hujan.

Alat pengukur curah hujan merupakan alat yang digunakan untuk mengetahui besar curah hujan yang terjadi pada bulan tertentu. Cara pengambilan data untuk curah hujan adalah dengan suatu alat yang biasa disebut dengan Rain Gauge. Pada saat turun hujan, maka alat ini akan menampung air hujan kemudian di dalam alat ini terdapat grafik yang akan menunjukkan seberapa lama intensitas curah hujan serta seberapa besar curah hujan yang terjadi pada saat itu. Setelah tertulis di dalam sebuah grafik, maka data tersebut akan diambil untuk kemudian dikalkulasi sehingga untuk jangka waktu satu minggu dapat diketahui berapa besar curah hujan di daerah tertentu. Satuan untuk curah hujan adalah milimeter (mm) per satuan waktu.

Cara penempatan alat pengukur curah hujan juga tidak boleh dilakukan

dengan sembarangan melainkan ada suatu standar internasional (WMO (World

Meteorological Organization) Standard), yaitu corong untuk alat ini tidak boleh

terhalang oleh apapun juga dengan besar sudut 90°. Untuk dimensi alat pengukur

curah hujan juga memiliki standar internasional yaitu dimana tinggi dari alat

pengukur diukur dari tanah harus 120cm terhadap corongnya sedangkan untuk

luas corong itu sendiri harus sebesar 200mm² (untuk alat pengukur yang otomatis)

dan sebesar 100mm² (untuk alat pengukur yang manual). Hal tersebut di atas

merupakan standar internasional yang didapatkan dari Badan Meteorologi dan

Geofisika yang bertempat di Juanda, Surabaya. Berikut adalah gambar alat

pengukur curah hujan dengan standar internasional.

Gambar 2.1. Alat Pengukur Curah Hujan Standar Internasional Sumber : Badan Meteorologi dan Geofisika, Juanda. Surabaya, 2006.

Ada dua macam alat pengukur yang digunakan oleh Badan Meteorologi

dan Geofisika yang berlokasi di Juanda-Surabaya, antara lain yang manual dan

otomatis. Secara umum prinsip kerjanya sama dengan yang telah disebutkan di

atas, hanya saja untuk alat pengukur curah hujan otomatis tetap saja masih

membutuhkan tenaga manusia untuk pengumpulan datanya. Alat pengukur curah

hujan otomatis datanya akan diambil secara berkala tiap hari kemudian akan dikalkulasi per minggunya untuk kemudian dicatat dalam suatu buku setelah itu akan dicari rata-ratanya dalam satu bulan. Berikut adalah gambar alat pengukur curah hujan yang otomatis.

Gambar 2.2. Alat Pengukur Curah Hujan Otomatis Sumber: Badan Meteorologi dan Geofisika, Juanda. Surabaya, 2006.

Sedangkan untuk alat pengukur curah hujan yang manual semuanya

menggunakan tenaga manusia dan tingkat keakuratannya tidak seakurat yang

otomatis karena tidak setiap waktu alat yang manual dipantau. Berikut adalah

gambar alat pengukur curah hujan manual.

Gambar 2.3. Alat Pengukur Curah Hujan Manual Sumber: Badan Meteorologi dan Geofisika, Juanda. Surabaya, 2006.

Perbedaan lain yang terdapat pada alat pengukur curah hujan otomatis dan manual adalah pada ukuran corongnya. Untuk alat pengukur curah hujan otomatis mempunyai luas corong 200cm² sedangkan untuk alat pengukur curah hujan manual memiliki luas corong 100cm². Berikut adalah gambar corong untuk masing-masing alat pengukur curah hujan.

Gambar 2.4. Corong Alat Pengukur Curah Hujan Manual

Sumber: Badan Meteorologi dan Geofisika, Juanda. Surabaya, 2006.

Gambar 2.5. Corong Alat Pengukur Curah Hujan Otomatis Sumber: Badan Meteorologi dan Geofisika, Juanda. Surabaya, 2006.

2.2. AVR ATMega8

AVR merupakan salah satu jenis microcontroller yang di dalamnya terdapat berbagai macam fungsi. Perbedaannya dengan mikro yang pada umumnya digunakan seperti MCS 51 adalah pada AVR tidak perlu menggunakan oscillator eksternal karena di dalamnya sudah terdapat internal oscillator. Selain itu kelebihan dari AVR adalah memiliki Power-On Reset, yaitu tidak perlu adanya tombol reset dari luar karena cukup hanya dengan mematikan supply, maka secara otomatis AVR akan melakukan reset. Untuk beberapa jenis AVR terdapat beberapa fungsi khusus seperti ADC, EEPROM sekitar 128 bytes sampai dengan 512 bytes.

Dalam hal ini yang digunakan adalah AVR ATMega8, perbedaannya

dengan AVR ATMega8L hanyalah terletak pada besarnya tegangan yang

diperlukan untuk bekerja. Untuk ATMega8 tipe L dapat bekerja pada tegangan

antara 2,7V – 5,5V sedangkan untuk ATMega8 hanya dapat bekerja pada

tegangan 4,5V – 5,5V. Berikut adalah gambar dari blok diagram untuk ATMega8.

Gambar 2.6. Blok Diagram ATMega8

Sumber: 8-bit Microcontroller with 8K Bytes In-System Programmable Flash ATMega8.(ATMega8.pdf). San Jose: Atmel Corporation, 2001. p.3.

ATMega8 memiliki 28 kaki yang masing-masing kakinya memiliki fungsi yang berbeda-beda baik sebagai port ataupun sebagai fungsi yang lain. Berikut akan dijelaskan tentang kegunaan dari masing-masing kaki pada ATMega8.

2.2.1. VCC

Merupakan supply tegangan untuk digital.

2.2.2. GND

Merupakan ground untuk semua komponen yang membutuhkan grounding.

2.2.3. Port B

Di dalam Port B terdapat XTAL1, XTAL2, TOSC1, TOSC2. Jumlah Port B adalah 8 buah pin mulai dari pin B.0 sampai dengan pin B.7. Tiap pin dapat digunakan sebagai input dan juga output. Port B merupakan sebuah 8-bit bi- directional I/O port dengan internal pull-up resistor. Sebagai input, pin-pin yang terdapat pada port B yang secara eksternal diturunkan, maka akan mengeluarkan arus jika pull-up resistor diaktifkan. Jika ingin menggunakan tambahan kristal, maka cukup menghubungkan kaki dari kristal ke kaki pada pin port B. Namun jika tidak digunakan, maka cukup dibiarkan saja. Penggunaan kegunaan dari masing-masing kaki ditentukan dari clock fuse setting-nya.

2.2.4. Port C

Port C merupakan sebuah 7-bit bi-directional I/O port yang di dalam masing-masing pin terdapat pull-up resistor. Jumlah pin-nya hanya 7 buah mulai dari pin C.0 sampai dengan pin C.6. Sebagai keluaran / output, port C memiliki karakteristik yang sama dalam hal kemampuan menyerap arus (sink) ataupun mengeluarkan arus (source).

2.2.5. Reset / PC6

Jika RSTDISBL Fuse diprogram, maka PC6 akan berfungsi sebagai pin

I/O. Untuk diperhatikan juga bahwa pin ini memiliki karakteristik yang berbeda

dengan pin-pin yang terdapat pada port C. Namun jika RSTDISBL Fuse tidak

diprogram, maka pin ini akan berfungsi sebagai input reset. Dan jika level

tegangan yang masuk ke pin ini rendah dan pulsa yang ada lebih pendek dari

pulsa minimum, maka akan menghasilkan suatu kondisi reset meskipun clock-nya

tidak bekerja.

2.2.6. Port D

Port D merupakan 8-bit bi-directional I/O dengan internal pull-up resistor.

Fungsi dari port ini sama dengan port-port yang lain. Hanya saja pada port ini tidak terdapat kegunaan-kegunaan yang lain. Pada port ini hanya berfungsi sebagai masukan dan keluaran saja atau biasa disebut dengan I/O.

2.2.7. AVCC

Pada pin ini memiliki fungsi sebagai supply tegangan untuk ADC. Untuk pin ini harus dihubungkan secara terpisah dengan VCC karena pin ini digunakan untuk analog saja. Bahkan jika ADC pada AVR tidak digunakan, tetap saja disarankan untuk menghubungkan secara terpisah dengan VCC. Cara menghubungkan AVCC adalah melewati low-pass filter setelah itu dihubungkan dengan VCC.

2.2.8. AREF

Merupakan pin referensi analog jika menggunakan ADC.

2.2.9. AVR Status Register

Status Register ini mengandung beberapa informasi mengenai hasil dari

kebanyakan hasil eksekusi instruksi aritmatik. Informasi ini dapat digunakan

untuk altering arus program sebagai kegunaan untuk meningkatkan performa

pengoperasian. Perlu diketahui bahwa register ini di-update setelah semua operasi

ALU (Arithmetic Logic Unit). Hal tersebut seeprti yang telah tertulis dalam

datasheet khususnya pada bagian Instruction Set Reference. Dalam hal ini untuk

beberapa kasus dapat membuang kebutuhan penggunaan instruksi perbandingan

yang telah didedikasikan serta dapat menghasilkan peningkatan dalam hal

kecepatan dan kode yang lebih sederhana dan singkat. Register ini tidak secara

otomatis tersimpan ketika memasuki sebuah rutin interupsi dan juga ketika

menjalankan sebuah perintah setelah kembali dari interupsi. Namun hal tersebut

harus dilakukan melalui software. Berikut adalah gambar Status Register.

Gambar 2.7. Status Register ATMega8

Sumber: 8-bit Microcontroller with 8K Bytes In-System Programmable Flash ATMega8. (ATMega8.pdf). San Jose: Atmel Corporation, 2001. p.11.

Akan dijelaskan kegunaan dari masing-masing bit yang terlihat di atas.

• Bit 7 (I)

Merupakan bit Global Interrupt Enable. Bit ini harus di-set supaya semua perintah interupsi dapat dijalankan. Untuk fungsi interupsi individual akan dijelaskan pada bagian yang lain. Jika bit ini di-reset, maka semua perintah interupsi baik yang individual maupun yang secara umum akan diabaikan. Bit ini akan dibersihkan atau cleared oleh hardware setelah sebuah interupsi dijalankan dan akan di-set kembali oleh perintah RETI.

Bit ini juga dapat di-set dan di-reset melalui aplikasi dengan instruksi SEI dan CLI.

• Bit 6 (T)

Merupakan bit Copy Storage. Instruksi bit Copy Instructions BLD (Bit LoaD) and BST (Bit STore) menggunakan bit ini sebagai asal atau tujuan untuk bit yang telah dioperasikan. Sebuah bit dari sebuah register dalam Register File dapat disalin ke dalam bit ini dengan menggunakan instruksi BST, dan sebuah bit di dalam bit ini dapat disalin ke dalam sebuah bit di dalam register pada Register File dengan menggunakan perintah BLD.

• Bit 5 (H)

Merupakan bit Half Carry Flag. Bit ini menandakan sebuah Half Carry dalam beberapa operasi aritmatika. Bit ini berfungsi dalam aritmatik BCD.

• Bit 4 (S)

Merupakan Sign bit. Bit ini selalu merupakan sebuah eksklusif di antara Negative Flag (N) dan Two’s Complement Overflow Flag (V). S = N V.

• Bit 3 (V)

Merupakan bit Two’s Complement Overflow Flag. Bit ini menyediakan

fungsi aritmatika dua komplemen.

• Bit 2 (N)

Merupakan bit Negative Flag. Bit ini mengindikasikan sebuah hasil negative di dalam sebuah fungsi logika atau aritmatika.

• Bit 1 (Z)

Merupakan bit Zero Flag. Bit ini mengindikasikan sebuah hasil nol “0”

dalam sebuah fungsi aritmatika atau logika.

• Bit 0 (C)

Merupakan bit Carry Flag. Bit ini mengindikasikan sebuah Carry atau sisa dalam sebuah fungsi aritmatika atau logika.

Di bawah ini adalah gambar pin dari ATMega8.

Gambar 2.8. Konfigurasi Pin ATMega8

Sumber: 8-bit Microcontroller with 8K Bytes In-System Programmable Flash ATMega8. (ATMega8.pdf). San Jose: Atmel Corporation, 2001. p.2.

2.3. AT89C2051

AT89C2051 yang merupakan salah satu mikrokontroler yang banyak digunakan. Mikrokontroler AT89C2051 memiliki kompatibilitas penuh dengan keluarga MCS-51 lain, terutama pada bagian pemrogramannya.

Mikrokontroler AT89C2051 memiliki beberapa kriteria standard yaitu

memilki 2K bytes Flash Program Memory yang dapat diprogram ulang sekitar

10.000 kali write atau erase cycle, 128 bytes RAM, 15 jalur I/O, dua buah 16 bit

timer/counter, dengan arsitektur lima vector dua-level interrupt, full duplex serial port, on-chip oscillator dan on-chip timer/counter.

Mikrokontroler AT89C2051 beroperasi pada frekuensi clock sampai 24 Mhz. AT89C2051 memilki dua Power Saving Mode yang dapat dikontrol melalui software , yaitu Idle Mode dan Power Down Mode. Pada Idle Mode, CPU tidak aktif sedangkan isi RAM tetap dipertahankan dengan timer/counter, serial port dan interrupt system tetap berfungsi. Pada Power Down Mode , isi RAM akan disimpan tetapi osilatornya tidak akan berfungsi sehingga semua fungsi dari chip akan berhenti sampai mendapat reset secara hardware.

2.3.1. Konfigurasi Pin

Mikrokontroler AT89C2051 memiliki 20 pin, 15 pin di antaranya adalah directional I/O yang terbagi dalam 2 port. Konfigurasi dari pin-pin tersebut, yaitu:

Gambar 2.9. Konfigurasi Pin Mikrokontroler AT89C2051

Sumber: AT89C2051 Datasheet. (AT89C2051.pdf). San Jose: Atmel Corporation, 2000. p.1.

2.3.2. Keterangan Pin

• Vcc (pin 20)

Pin 20 adalah supply tegangan Vcc bagi IC.

• GND (pin 10)

Pin 10 adalah supply tegangan ground bagi IC.

• Port 1 (pin 12 s/d pin 19)

Port 1 merupakan port 8 bit yang dapat berfungsi sebagai input maupun

output. Pin P1.2 sampai dengan P1.7 memiliki internal pull-up, P1.0 dan P1.1

membutuhkan eksternal pull-up. P1.0 dan P1.1 juga berfungsi sebagai on-chip

precision analog comparator, dengan P1.0 sebagai positive input (AIN0) dan

P1.1 sebagai negative input (AIN1). Buffer output port 1 dapat menerima

(sink) arus sebesar 20 mA dan dapat menjalankan LED secara langsung (aktif low) tanpa mempergunakan transistor tambahan. Jika port 1 bernilai ‘1’

(high), maka port 1 akan di-pulled high oleh internal pull-up sehingga output- nya dapat berfungsi sebagai input. Jika port 1 berfungsi sebagai input, pin–pin dari port 1 yang secara eksternal di-pulled low akan berfungsi sebagai current source karena adanya internal pull-up.

• Port 3

Seperti port 1, P3.0 s/d P3.5 dan P3.7 juga merupakan port tujuh bit yang dapat berfungsi sebagai input maupun output dengan internal pull-up. P3.6 dihubungkan secara hard-wired dengan output dari on-chip precision analog comparator dan tidak dikeluarkan. Output dari buffer port 3 dapat digunakan untuk empat buah input IC TTL. Jika port 3 bernilai ‘1’ (high), maka port 3 akan di-pulled high oleh internal pull-up sehingga output-nya dapat berfungsi sebagai input. Jika port 3 berfungsi sebagai input, pin-pin dari port 3 yang secara eksternal di-pulled low akan berfungsi sebagai current source (karena adanya internal pull-up). Port 3 juga memiliki fungsi khusus lain seperti ditunjukkan pada tabel 2.1 di bawah ini :

Tabel 2.1. Fungsi Alternatif Port 3 Pada AT89C2051

Sumber: AT89C2051 Datasheet. (AT89C2051.pdf). San Jose: Atmel Corporation, 2000. p.3.

Untuk fungsi-fungsi khusus port 3 ini juga akan menerima beberapa sinyal dari pemrograman flash.

• RST/VPP (Pin 1)

Merupakan input reset. Semua input dan output akan di-reset menjadi ‘1’

selama reset bernilai ‘high’. Menahan pin RST bernilai high selama dua siklus

mesin selama oscillator aktif akan me-reset device.

• XTAL 1 (Pin 5)

Merupakan input untuk inverting oscillator amplifier dan input untuk internal clock.

• XTAL 2 (Pin 4)

Merupakan output dari inverting oscillator amplifier.

• Karakteristik Oscillator

XTAL 1 dan XTAL 2 adalah input dan output inverting amplifier yang dapat berfungsi sebagai on-chip oscillator dengan menambahkan kristal quartz ataupun resonator keramik. Untuk konfigurasinya dapat dilihat pada gambar 2.2 di bawah ini :

Gambar 2.10. Konfigurasi Oscillator Menggunakan Kristal

Sumber: AT89C2051 Datasheet. (AT89C2051.pdf). San Jose: Atmel Corporation, 2000. p.3.

Untuk nilai C1 dan C2 adalah 30 pF ± 10 pF dengan menggunakan kristal, sedangkan untuk resonator keramik, maka nilai C1 dan C2 adalah 40 pF ± 10 pF.

Untuk penggunaan denagn eksternal clock, XTAL2 harus dibiarkan tidak terhubung. Untuk konfigurasinya dapat dilihat pada gambar 2.10 di bawah ini :

Gambar 2.11. Konfigurasi Oscillator Menggunakan External Oscillator Signal

Sumber: AT89C2051 Datasheet. (AT89C2051.pdf). San Jose: Atmel Corporation,

2000. p.3.

2.3.3. Timer dan Interrupt

Mikrokontroler AT89C2051 memiliki dua register timer, yaitu timer 0 dan timer 1, masing-masing sepanjang 16 bit ( terdiri dari 8 bit TH0/TH1 dan 8 bit TL0/TL1 yang bisa diberi nilai awal ). Pada waktu berfungsi sebagai timer, maka register akan bertambah setiap siklus mesin (1/12 dari frekuensi osilator). Kedua timer ini memiliki alamat, yaitu 0B

H

untuk timer 0 dan 1B

H

untuk timer 1.

Ada beberapa register fungsi khusus, yaitu special function register (SFR) yang harus ditentukan sebelum menggunakan timer. Register tersebut adalah TCON (register kontrol timer/counter), TMOD (register kontrol mode timer/counter) dan IE (interrupt enable). Penjelasan lebih lanjut dapat dilihat pada keterangan register-register di bawah ini:

• TCON

Gambar 2.12. Register Kontrol Timer atau Counter

Sumber: Microcontroller Databook. pdf file. San Jose: Atmel Corporation, 1995.

p.2-30.

Di bawah ini adalah penjelasan tentang kegunaan register kontrol timer atau counter pada gambar di atas.

TF1 TCON.7 Timer 1 overflow flag yang di-set oleh hardware saat timer/counter overflow dan otomatis di-clear saat memproses interrupt yang bersangkutan.

TR1 TCON.6 Bit kontrol timer 1. Diisi 1 untuk mengaktifkan dan 0 untuk mematikan.

TF0 TCON.5 Timer 0 overflow flag yang di-set oleh hardware saat timer/counter overflow dan otomatis di-clear saat memproses interrupt yang bersangkutan.

TR0 TCON.4 Bit kontrol timer 0. Diisi 1 untuk mengaktifkan dan 0 untuk mematikan.

IE1 TCON.3 Interrupt eksternal 1 edge flag. Di-set oleh hardware saat ada edge interrupt eksternal dan di-clear saat interrupt yang bersangkutan diproses.

IT1 TCON.2 Bit kontrol Interrupt 1. Diisi 1/0 untuk menentukan

falling edge/low dari trigger interrupt eksternal.

IE0 TCON.1 Flag edge interrupt eksternal 0. Di-set oleh hardware saat ada edge interrupt eksternal dan di- clear saat interrupt diproses.

IT0 TCON.0 Bit kontrol interrupt 0. Diisi 1/0 untuk menentukan falling edge/low dari trigger interrupt eksternal.

• TMOD

Gambar 2.13. Register Kontrol Mode Timer atau Counter

Sumber: Microcontroller Databook. pdf file. San Jose: Atmel Corporation, 1995.

p.2-30.

Di bawah ini adalah penjelasan tentang kegunaan register kontrol mode timer atau counter pada gambar di atas.

GATE Jika diisi 0, timer/counter x akan berjalan, jika TRx (TCON1) =1. Jika TRx dan GATE =1, timer/counter x akan berjalan jika pin INTx berlogika high.

C/ T Diisi 0 untuk operasi timer. Diisi 1 untuk operasi counter.

M1 dan M0 Bit pemilih mode yang akan dijelaskan pada tabel 2.2.

Tabel 2.2. Bit Pemilih Mode

Sumber: Microcontroller Databook. pdf file. San Jose: Atmel Corporation, 1995.

p.2-30.

• IE

Gambar 2.14. Interrupt Enable

Sumber: Microcontroller Databook. pdf file. San Jose: Atmel Corporation, 1995.

p.2-28.

Di bawah ini adalah penjelasan tentang kegunaan interrupt enable pada gambar 2.13.

EA IE.7 Jika diisi 0, maka tidak ada interrupt yang diaktifkan. Jika diisi 1, maka interrupt bisa diaktifkan oleh bit kontrol masing-masing interrupt .

ES IE.4 Bit interrupt port serial.

ET1 IE3 Bit interrupt timer 1.

EX1 IE.2 Bit interrupt eksternal 1.

ET0 IE.1 Bit interrupt timer 0.

EX0 IE.0 Bit eksternal interrupt 0.

2.4. MOSFET

Kepanjangan dari MOSFET adalah Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor. MOSFET merupakan gabungan dari transistor dan dioda.

Namun jika pada transistor, antara Basic dan Collector masih terdapat hubungan

atau tidak terisolasi. Tetapi jika pada MOSFET, antara Gate dan Drain sudah

terisolasi. Sehingga jika digunakan sebagai switch untuk arus dan tegangan yang

besar, tetap aman dan tidak akan menimbulkan arus balik ke rangkaian. Kelebihan

dari MOSFET adalah hambatan pada Drain dan Source sangatlah kecil (hanya

berorde miliohm). MOSFET dapat bertahan terhadap beberapa aplikasi dengan

arus dan tegangan yang besar pada waktu bersamaan tanpa menimbulkan

gangguan. MOSFET dapat digunakan secara pararel dengan mudah, hal tersebut

dikarenakan kenaikan forward voltage drop juga ikut menaikkan temperatur serta

menjamin pembagian arus yang benar dan merata ke semua komponen. Berikut

adalah gambar karakteristik arus-tegangan dari MOSFET.

Gambar 2.15. Current-Voltage Characteristic Sumber: Power MOSFET Basics. (MOSFETBasic.pdf). South Boston:

International Rectifier, 2001. p.6.

MOSFET yang akan dibahas ini adalah IRFZ44N. Besar dari R

DS

adalah 17.5 m (sumber : International Rectifier, Power MOSFET Basics page 6), kelebihan dari komponen ini adalah kecepatannya dalam switching. Selain itu komponen ini dapat bekerja sampai dengan temperatur tinggi. Jadi tidak perlu dikhawatirkan, jika bekerja terus-menerus dalam jangka waktu yang lama.

Berikut adalah gambar dari IRFZ44N.

Gambar 2.16. IRFZ44N

Sumber: HEXFET Power MOSFET. (PowerMOSFET.pdf). South Boston:

International Rectifier, 2001. p.1.

2.5. Flexi Force

Sensor yang digunakan adalah sensor tekanan atau yang disebut dengan flexi force. Cara kerja dari sensor ini adalah dengan mengukur tekanan lalu akan mengeluarkan besaran berupa hambatan atau ohm. Untuk dapat mengeluarkan hasil berupa tegangan atau volt, maka harus melalui suatu rangkaian yang telah disarankan dalam datasheet. Ketika tidak memiliki beban, maka sensor ini akan menghasilkan keluaran sebesar 20 M . Untuk keluaran maksimal yang dihasilkan setelah melewati rangkaian adalah ditentukan dari Tipe dari sensor flexi force ini adalah A201-25. Tipe ini dapat menahan beban sampai dengan 25 lb (11,34 kg).

Bagian yang berwarna perak merupakan daerah sensor yang biasa disebut dengan

sensing area, diameternya adalah 0,375 inci. Pada bagian ini harus sepenuhnya

terbebani. Karena jika tidak semua bagian, maka akan menghasilkan hasil yang

tidak akurat. Jika benda yang akan diketahui beratnya lebih kecil daripada area

sensor, maka dapat menggunakan stiker pada bagian sensor kemudian beban

tersebut diberi alas yang lebih besar daripada area sensor kemudian baru dapat

diketahui berat dari beban itu. Begitu pula untuk beban yang besarnya melebihi

diameter area sensor, dapat dilakukan dengan menempeli stiker pada area sensor

sampai ketebalan tertentu baru dapat digunakan untuk pengukuran. Berikut adalah

karakteristik sensor, gambar dari sensor dan juga rangkaian yang digunakan untuk

mengeluarkan tegangan.

Tabel 2.3. Sensor Properties

Sumber : Flexi Force Sensors User Manual. (FlexiForceManual.pdf). South Boston: Tekscan Inc., 2005. p.10.

Gambar 2.17. Flexi Force

Sumber: Flexi Force A201 Standard Force and Load Sensors. (FlexiForce.pdf).

South Boston: Tekscan Inc., 2004. p.1.

Gambar 2.18. Rangkaian Penghasil Keluaran Tegangan

Sumber: Flexi Force A201 Standard Force and Load Sensors. (FlexiForce.pdf).

South Boston: Tekscan Inc., 2004. p.1.

2.6. Serial EEPROM

EEPROM merupakan kependekan dari Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory.Yang akan dibahas adalah Serial EEPROM jenis AT24C512. AT24C512 merupakan salah satu jenis varian dari serial EEPROM yang mempunyai kapasitas menyimpan data yang besar. Kapasitas yang dapat digunakan untuk menyimpan data adalah sebesar 512 Kbytes atau sebesar 65535 bit. Besarnya dapat dihitung dengan cara seperti ini.

1 bytes = 8 bit 1 Kbit = 1024 bit 512 Kbit = 512 * 1024 = 524288 bit = 524288 / 8 = 65536 bytes

= 64 Kbytes

Alamat awalnya adalah pada 0000

_H

dan berakhir pada FFFF

_H

. AT24C512 ini

merupakan jenis two-wire serial interface. Di dalam komponen ini terdapat tiga

alamat yang dapat digunakan untuk menyimpan data dengan menggabungkan

beberapa komponen serial EEPROM yang sama. Cara pemrograman untuk tipe

AT24C512 berbeda dengan tipe AT24C04 karena pada tipe AT24C512 harus

menggunakan dua alamat yaitu untuk high dan low, sedangkan untuk tipe yang

lebih kecil hanya satu alamat saja. Jangka waktu komponen ini adalah 40 tahun

dalam keadaan berjalan terus dan dapat ditulis secara berulang kali sebanyak

1.000.000 kali. Berikut ini adalah gambar blok diagram dari AT24C512.

Gambar 2.19. Blok Diagram AT24C512

Sumber: Two Wire Serial EEPROM, AT24C512B with Three Device Address Inputs. (AT24C512B.pdf). San Jose: Atmel Corporation, 2005. p.2.

Gambar di bawah ini merupakan gambar kaki-kaki atau pin-pin dari AT24C512.

Gambar 2.20. Konfigurasi Pin AT24C512

Sumber: Two Wire Serial EEPROM, AT24C512B with Three Device Address Inputs. (AT24C512B.pdf). San Jose: Atmel Corporation, 2005. p.1.

Berikut akan dijelaskan kegunaan dari masing-masing pin.

• A0

Merupakan pin yang digunakan sebagai alamat untuk dihubungkan dengan

pin pada serial EEPROM yang lain. Jika hanya menggunakan satu jenis serial

EEPROM, maka pin ini dapat dihubungkan ke Ground atau ke VCC. Jika tidak

dihubungkan baik ke Ground ataupun ke VCC, maka secara otomatis pin ini akan

dianggap terhubung dengan Ground. Namun jika dihubungkan pada komponen atau rangkaian yang lain, maka disarankan untuk menghubungkan dengan sebuah 10k pull-up resistor. Hal tersebut dilakukan untuk menghindari terjadinya efek kapasitansi.

• A1

Memiliki fungsi yang sama dengan A0.

• A2

Memiliki fungsi yang sama dengan A0.

• SDA (Serial Data)

Merupakan bidirectional pin untuk data transfer.

• SCL (Serial Clock)

Merupakan sebuah pin masukan yang digunakan untuk sudut positif dari data clock untuk dimasukkan ke setiap bagian dari EEPROM dan mengeluarkan sudut negatif dari data clock ke setiap bagian juga.

• WP (Write Protect)

Fungsi dari pin ini adalah sebagai kunci untuk menentukan apakah EEPROM dapat ditulis atau tidak. Jika pin ini dihubungkan dengan GND, maka akan membuat EEPROM dapat ditulis berulang kali. Namun jika dihubungkan secara langsung ke VCC, maka penulisan ke memori akan diblokir. Jika pin ini dibiarkan tidak terhubung baik ke GND maupun ke VCC, maka seharusnya akan secara otomatis terhubung ke GND. Namun pada kenyataannya jika hal ini dilakukan, maka akan menimbulkan error pada saat penulisan dan pembacaan.

Untuk semua mulai dari pin SDA, SCL sampai dengan WP disarankan untuk terhubung dengan 10k pull-up resistor untuk menghindari terjadinya efek kapasitansi.

Sistem penulisan pada EEPROM ini pada bagian awalnya harus

ditentukan terlebih dahulu apakah menggunakan A0-A2. Jika tidak, maka untuk

device address bagian write adalah sebesar A0

_H

dan untuk bagian read adalah

sebesar A1

_H

. Hal tersebut ditentukan berdasarkan bagian berikut ini.

Gambar 2.21. Konfigurasi Device Address AT24C512

Sumber: Two Wire Serial EEPROM, AT24C512B with Three Device Address Inputs. (AT24C512B.pdf). San Jose: Atmel Corporation, 2005. p.9.

2.7. Serial RTC

RTC yang merupakan kependekan dari Real Time Clock merupakan

sebuah komponen yang dapat digunakan sebagai penanda waktu dan tanggal

secara otomatis tanpa harus menggunakan supply dari luar (karena telah memiliki

internal supply). Pada saat diaktifkan, maka komponen ini akan berjalan layaknya

Big Ben yang terdapat di Inggris yang tidak dapat berhenti dan berjalan sesuai

dengan waktu yang telah di-set pada awalnya. Kelebihan Serial RTC ini adalah

lebih hemat tempat, lebih mudah pemrogramannya dan juga lebih murah. Yang

akan dibahas adalah tipe DS1307. Untuk tipe-tipe Serial RTC memang tidak

terlihat sebesar RTC pada umumnya, karena supply untuk internalnya adalah

berasal dari baterai kancing yang langsung dihubungkan dengan V

BAT

yang

terdapat pada pin-pin DS1307. Di bawah ini adalah gambar blok diagram

DS1307.

Gambar 2.22. Blok Diagram DS1307.

Sumber: DS 1307 64x8, Serial, I²C Real-Time Clock. (DS1307.pdf). Texas:

Maxim-IC Corporation, 2002. p.4.

Kelebihan lain yang dimiliki oleh komponen ini adalah dapat digunakan sebagai alarm. Untuk pengaktifannya cukup sekali saja dan untuk selanjutnya dapat berjalan menggunakan baterai 3V yang terhubung dengan pin V

BAT

. Jumlah kaki yang dimiliki oleh komponen ini sama dengan yang dimiliki oleh AT24C512 yaitu 8 buah. Di bawah ini adalah gambar dari konfigurasi pin DS1307.

Gambar 2.23. Konfigurasi Pin DS1307.

Sumber: DS 1307 64x8, Serial, I²C Real-Time Clock. (DS1307.pdf). Texas:

Maxim-IC Corporation, 2002. p.13.

Untuk masing-masing pin akan dijelaskan lebih lanjut di bawah ini.

• X1

Merupakan pin yang digunakan untuk dihubungkan dengan crystal.

Pin ini dihubungkan dengan crystal yang besarnya adalah 32.768kHz. Rangkaian oscillator internal dirancang sedemikian rupa sehingga dapat memiliki kapasitansi sebesar 12.5pF. X1 merupakan masukan / input dari crystal yang digunakan dan jika terhubung dengan eksternal oscillator, maka internal oscillator akan ditingkatkan sesuai dengan eksternal oscillator yang terhubung.

• X2

Berfungsi sebagai keluaran / output dari crystal yang digunakan.

Terhubung juga dengan X1.

• V

^BAT

Merupakan backup supply untuk serial RTC dalam menjalankan fungsi waktu dan tanggal. Besarnya adalah 3V dengan menggunakan jenis Lithium Cell atau sumber energi lain. Jika pin ini tidak digunakan, maka harus dihubungkan dengan Ground. Sumber tegangan dengan 48mAH atau lebih besar dapat digunakan sebagai cadangan energi sampai dengan lebih dari 10 tahun, namun dengan persyaratan untuk pengoperasian dalam suhu 25°C.

• GND

Berfungsi sebagai Ground.

• SDA

Berfungsi sebagai masukan / keluaran (I/O) untuk I²C serial interface. Pin ini bersifat open drain, oleh sebab itu membutuhkan eksternal pull up resistor.

• SCL

Berfungsi sebagai clock untuk input ke I²C dan digunakan untuk mensinkronisasi pergerakan data dalam serial interface. Bersifat open drain sehingga juga membutuhkan eksternal pull up resistor.

• SWQ / OUT

Sebagai Square Wave / Output Driver. Jika diaktifkan, maka akan membagi menjadi 4 frekuensi gelomang kotak yaitu 1 Hz, 4 kHz, 8 kHz, 32 kHz.

Sifat dari pin ini sama dengan SDA dan SCL sehingga membutuhkan eksternal

pull up resistor. Dapat dioperasikan baik dengan Vcc maupun dengan V

BAT

.

• VCC

Merupakan sumber tegangan utama. Jika sumber tegangan terhubung dengan baik, maka pengaksesan data dan pembacaan data dapat dilakukan dengan baik. Namun jika backup supply terhubung begitu juga dengan VCC, namun besar VCC di bawah V

TP

, maka pengaksesan data dan pembacaan data tidak dapat dilakukan.

2.8. Solenoid Valve

Solenoid valve ini berfungsi untuk membuka dan menutup jalur air yang melewatinya. Solenoid valve ini akan terbuka, jika tidak dialiri arus listrik (mis : 24 V

DC

). Dan ketika ada arus listrik yang melewatinya, jalur air tersebut akan menutup.

Gambar 2.24. Solenoid Valve

2.9. IC MAX 232

Keluarga dari MAX220 - MAX249 dari jalur driver / receivers adalah

ditujukan untuk semua EIA/TIA-232E dan hubungan komunikasi V.28/V.24,

aplikasi ditujukan dimana ±12V tidak disediakan.

Gambar 2.25. Konfigurasi Pin IC Max 232

Sumber: Multichannel RS-232 Drivers / Receivers. (MAX232.pdf). Texas:

Maxim-IC Corporation, 1998. p.17.

RS232 sebagai komunikasi serial mempunyai 9 pin yang memiliki fungsi masing-masing. Pin yang biasa digunakan adalah pin 2 sebagai received data, pin 3 sebagai transmited data, dan pin 5 sebagai ground signal. Karakteristik elektrik dari RS232 adalah sebagai berikut :

• Logic low (logic 0) mempunyai level tegangan sebesar +10 Volt.

• Logic high (logic 1) mempunyai level tegangan sebesar -10 Volt.

Tabel 2.4. Fungsi Masing - Masing Pin RS232 RS232 Pin Assignments

(DB9 PC signal set) Pin 1

Received Line Signal Detector

(Data Carrier Detect) Pin 2 Received Data Pin 3 Transmit Data

Pin 4 Data Terminal Ready Pin 5 Signal Ground Pin 6 Data Set Ready Pin 7 Request To Send Pin 8 Clear To Send Pin 9 Ring Indicator

Sumber: Airborn Electronics, RS232 Connections, and wiring up. 22 Januari 2006. <http://www.airborn.com.au/rs232.html>

2.10. LM324

LM324 merupakan keluarga dari IC LM124. Keluarga dari IC ini memiliki empat operational amplifiers yang berdiri sendiri atau independent, memiliki penguat yang besar (high gain) dan frekuensi yang tergantikan di dalamnya. IC ini dirancang untuk secara spesifik dapat dioperasikan dari sumber tegangan tunggal melewati tegangan yang memiliki range yang lebar. Jika ingin dioperasikan melalui sumber tegangan yang banyak atau yang berbeda-beda juga bisa dilakukan dan saluran arus sumber tegangan yang rendah adalah berdiri sendiri dari jarak daya sumber tegangan. Dengan adanya sumber tegangan tunggal, maka memudahkan dalam pengaplikasiannya termasuk transducer amplifiers, DC gain blocks dan semua rangkaian operational amplifiers yang umum digunakan.

Sebagai contoh, keluarga LM124 dapat secara langsung dioperasikan melalui tegangan standar +5 V yang biasanya digunakan untuk sistem digital dan dengan mudah akan menyediakan interface elektronik yang dibutuhkan tanpa harus menambahkan sumber tegangan ±15 V.

Beberapa keuntungan dalam menggunakan IC keluarga LM124 ini adalah

• Mengurangi kebutuhan dua sumber tegangan yang biasanya didapatkan dalam operational amplifiers yang umum.

• Empat operational amplifiers (yang sudah dikuatkan) dalam satu tempat.

• Dapat secara langsung dilakukan pengecekan dekat GND dan V

^OUT

yang langsung juga menuju GND.

• Cocok dengan semua bentuk logic.

• Jalur power dapat digunakan juga untuk pengoperasian battery.

Ciri-ciri dari IC ini antara lain:

• Large DC voltage gain 100 dB

• Wide power supply range

o Untuk sumber tegangan tunggal antara 3V sampai 32V o Untuk sumber tegangan ganda antara -15V sampai +15V

• Internally frequency compensated for unity gain

• Wide bandwidth (unity gain) 1 MHz

• Very low supply current drain (700 uA)

• Low input biasing current 45 nA

• Low input offset voltage 2 mV and offset current 5 nA

•

Large output voltage swing 0V sampai ±1,5V

Berikut ini adalah gambar konfigurasi pin dari IC LM324 dan skematik diagram IC LM324.

Gambar 2.26. Konfigurasi Pin IC LM324

Sumber : LM124/LM224/LM324/LM2902 Low Power Quad Operational Amplifiers.(LM324.pdf). USA: National Semiconductor, 2000. p.1.

Gambar 2.27. Skematik Diagram LM324

Sumber : LM124/LM224/LM324/LM2902 Low Power Quad Operational Amplifiers.(LM324.pdf). USA: National Semiconductor, 2000. p.2.

Di bawah ini akan diberikan gambar contoh aplikasi untuk sumber tegangan tunggal.

Gambar 2.28. Aplikasi Sumber Tegangan Tunggal

Sumber : LM124/LM224/LM324/LM2902 Low Power Quad Operational

Amplifiers.(LM324.pdf). USA: National Semiconductor, 2000. p.9.

Jika menggunakan rangkaian di atas (rangkaian non-inverting operational amplifiers), maka untuk perhitungan Vo adalah sebagai berikut.

Vo = Vin

R

R 1 *

1

2 



 



 + (2.1)