BAB 2
LANDASAN TEORI
2.1 Sensor
Sensor adalah suatu alat atau rangkaian alat yang dipakai untuk merubah suatu besaran tertentu menjadi besaran lain dengan cara “merasakan / mendeteksi” dalam bahasa inggris disebut to sense, artinya jika pada suatu ketika ada sesuatu atau benda yang lewat pada jangkauannya (terukur) maka sensor akan merasakan/mendeteksi sesuatu tersebut tanpa harus mengetahui benda apa yang melewatinya. Kemudian setelah merasakan atau mendeteksi maka hasilnya dikirim ke rangkaian selanjutnya untuk dijadikan suatu referansi masukan pada rangkaian tersebut. Secara umum sistem kerja sensor mirip dengan kerrjanya suatu switch pada kondisi NO/NC dan Common.
Sensor adalah suatu perangkat yang dapat mengubah besaran non-elektrik menjadi elektrik. Atau dapat disebut juga sebagai alat untuk mendeteksi / mengukur suatu besaran fisis berupa variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia dengan diubah menjadi tegangan dan arus listrik. Sensor itu sendiri terdiri dari transduser dengan atau tanpa penguat/pengolah sinyal yang terbentuk dalam satu sistem pengindera. Sensor merupakan transducer yang digunakan untuk mendeteksi kondisi suatu proses. Yang dimaksud transducer yaitu perangkat keras
untuk mengubah informasi suatu bentuk energi ke informasi bentuk energi yang lain secara proporsional. D Sharon, dkk (1982), mengatakan sensor adalah suatu peralatan yang berfungsi untuk mendeteksi gejala-gejala atau sinyal-sinyal yang berasal dari perubahan suatu energi seperti energi listrik, energi fisika, energi kimia, energi biologi, energi mekanik dan sebagainya.
2.1.1 Sensor Ultrasonik HC SR-04
yang disebut transmitter dan rangkaian penerima ultrasonik yang disebut receiver. Sinyal ultrasonik yang dibangkitkan akan dipancarkan dari transmitter ultrasonik.
Ketika sinyal mengenai benda penghalang, maka sinyal ini dipantulkan, dan diterima oleh receiver ultrasonik.Sinyal yang diterima oleh rangkaian receiver dikirimkan ke rangkaian mikrokontroler untuk selanjutnya diolah untuk menghitung jarak terhadap benda di depannya (bidang pantul).
Sensor jarak ultrasonik SR-04 adalah sensor 40 hz produksi parallax yang banyak digunakan untuk aplikasi atau kontes robot cerdas. Kelebihan sensor ini adalah hanya membutuhkan 1 sinyal ( SIG ) selain jalur 5 v dan ground. Sensor SR-04 mendeteksi jarak objek dengan cara memancarkan gelombang ultrasonik kemudian mendeteksi pantulannya. Sensor SR-04 memancarkan gelombang ultrasonik sesuai dengan kontrol dari mikrokontroller pengendali.
Spesifikasi sensor ultrasonik SR-04 : 1. Kisaran pengukuran 2 cm – 4 m 2. Dimensi 45mm x 20mm x 15mm 3. Sudut pancaran 15°
Gambar 2.1 Sensor Ultrassonik SR-04
Gambar 2.2 Instalasi Sensor Jarak Ultrasonik SR-04
Ultrasonik bekerja berdasarkan prinsip pantulan gelombang suara dan digunakan untuk mendeteksi keberadaan suatu objek tertentu di depannya, frekuensi kerjanya di atas gelombang suara dari 40 KHz hingga 400 KHz. Sensor ultrasonik terdiri dari dari dua unit, yaitu unit pemancar dan unit penerima.
Struktur atom dari kristal piezoelectric akan berkontraksi mengembang atau menyusut terhadap polaritas tegangan yang diberikan dan ini disebut dengan efek piezoelectric. Kontraksi yang terjadi diteruskan ke diafragma penggetar sehingga terjadi gelombang ultrasonik yang dipancarkan ke udara.
Pantulan gelombang ultrasonik akan terjadi bila ada objek tertentu dan pantulan gelombang ultrasonik akan diterima kembali oleh unit sensor penerima. Selanjutnya unit sensor penerima akan menyebabkan diafragma penggetar akan bergetar dan efek piezoelectric menghasilkan sebuah tegangan bolak-balik dengan frekuensi yang sama.
Gambar 2.3 Prinsip kerja sensor ultrasonik
untuk menghitung jarak antara sensor dengan obyek sasaran. Jarak antara sensor tersebut dihitung dengan cara mengalikan setengah waktu yang digunakan oleh
sinyal ultrasonik dalam perjalanannya dari rangkaian pengirim sampai diterima oleh rangkaian penerima, dengan kecepatan rambat dari sinyal ultrasonik tersebut pada media rambat yang digunakannya, yaitu udara. Prinsip kerja dari sensor ultrasonik adalah sebagai berikut :
1. Sinyal dipancarkan oleh pemancar ultrasonik. Sinyal tersebut berfrekuensi diatas 20kHz, biasanya yang digunakan untuk mengukur jarak benda adalah 40kHz. Sinyal tersebut di bangkitkan oleh rangkaian pemancar ultrasonik.
2. Sinyal yang dipancarkan tersebut kemudian akan merambat sebagai sinyal / gelombang bunyi dengan kecepatan bunyi yang berkisar 340 m/s. Sinyal tersebut kemudian akan dipantulkan dan akan diterima kembali oleh bagian penerima Ultrasonik.
Setelah sinyal tersebut sampai di penerima ultrasonik, kemudian sinyal tersebut akan diproses untuk menghitung jaraknya. Dengan kata lain kecepatan adalah perpindahan selama selang waktu tertentu. Apabila kecepatan, kelajuan dinyatakan dengan v, perpindahan, jarak dinyatakan s dan waktu tempuh t secara matematis dirumuskan :
...(2.1)
dengan :
v = kelajuan (m/s)
s = jarak (m)
t = waktu tempuh (s)
Gambar 2.4 Kedudukan awal benda A berpindah ke B
Misal dari gambar di atas perpindahaan Δx (delta x) ditempuh dalam selang waktu Δt (delta t), maka kecepatan rata-rata v dirumuskan :
...(2.2)
dengan :
v = Kecepatan rata-rata (m/s) Δx= jarak (m)
Δx = x2 – x1
Δt = Selisih waktu tempuh (s)
2.1.1.1 Pemancar Ultrasonik (Transmitter)
Pemancar Ultrasonik ini berupa rangkaian yang memancarkan sinyal sinusoidal berfrekuensi diatas 20 KHz menggunakan sebuah transducer
transmitter ultrasonik Prinsip kerja dari rangkaian pemancar gelombang ultrasonik tersebut adlah sebagai berikut :
1. Sinyal 40 kHz dibangkitkan melalui mikrokontroler.
2. Sinyal tersebut dilewatkan pada sebuah resistor sebesar 3kOhm untuk pengaman ketika sinyal tersebut membias maju rangkaian dioda dan transistor.
3. Kemudian sinyal tersebut dimasukkan ke rangkaian penguat arus yang merupakan kombinasi dari 2 buah dioda dan 2 buah transistor.
4. Ketika sinyal dari masukan berlogika tinggi (+5V) maka arus akan melewati dioda D1 (D1 on), kemudian arus tersebut akan membias transistor T1, sehingga arus yang akan mengalir pada kolektotr T1 akan besar sesuai dari penguatan dari transistor.
penguatan dari transistor.
Resistor R4 dan R6 berfungsi untuk membagi tengangan menjadi 2,5 V. Sehingga
pemancar ultrasonik akan menerima tegangan bolak – balik dengan Vpeak-peak adalah 5V (+2,5 V s.d -2,5 V)
2.1.1.2 Penerima Ultrasonik (Receiver)
Penerima Ultrasonik ini akan menerima sinyal ultrasonik yang dipancarkan oleh pemancar ultrasonik dengan karakteristik frekuensi yang sesuai. Sinyal yang diterima tersebut akan melalui proses filterisasi frekuensi dengan menggunakan rangkaian band pass filter (penyaring pelewat pita), dengan nilai frekuensi yang dilewatkan telah ditentukan. Kemudian sinyal keluarannya akan dikuatkan dan dilewatkan ke rangkaian komparator (pembanding) dengan tegangan referensi ditentukan berdasarkan tegangan keluaran penguat pada saat jarak antara sensor kendaraan mini dengan sekat/dinding pembatas mencapai jarak minimum untuk berbelok arah. Dapat dianggap keluaran komparator pada kondisi ini adalah high (logika „1‟) sedangkan jarak yang lebih jauh adalah low (logika‟0‟). Logika-logika biner ini kemudian diteruskan ke rangkaian pengendali (mikrokontroler).
2.2 Mikrokontroller ATMega 8
AVR merupakan salah satu jenis mikrokontroler yang di dalamnya
terdapat berbagai macam fungsi. Perbedaannya pada mikro yang pada umumnya digunakan seperti MCS51 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 ada 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 bytesampai dengan 512 byte.AVR ATmega8 adalah mikrokontroler CMOS 8-bit berarsitektur AVR RISC yang memiliki 8K byte in-System Programmable Flash.
dibandingkan dengan ATmega8L perbedaannya hanya terletak pada besarnya tegangan yang diperlukanuntuk bekerja. Untuk ATmega8 tipe L, mikrokontroler
ini dapat bekerja dengan tegangan antara 2,7 5,5 V sedangkan untuk ATmega8 hanya dapat bekerja pada tegangan antara 4,5 –5,5 V
Mikrokontroller merupakan alat pengolahan data digital dan analog (fitur ADC pada seri AVR) dalam level tegangan maksimum 5V. Keunggulan mikrokontroller dibanding microprocessor yaitu lebih murah dan didukung dengan software compiler yang sangat beragam seperti software compailer C/C++, basic, pascal, bahkan assembler. Sehingga penggunaan dapat memilih program yang sesuai dengan kemampuannya. Dalam hal penggunaan, mikrokontroller dapat dibedakan jenis dan tipenya, seperti mikrokontroller atmega 8, atmega 8535, atmega 16 dan lain-lain. ATMEGA 8 adalah mikrokontroler CMOS 8-bit daya rendah berbasis arsitektur RISC yang ditingkatkan. Kebanyakan instruksi dikerjakan pada satu siklus clock, ATMEGA 8 mempunyai throughput mendekati 1 MPS per MHz membuat disain dari sistem untuk mengoptimasi konsumsi daya versus kecepatan proses.Susunan pin – pin dari IC mikrokontroler ATMEGA 8 diperlihatkan pada gambar dibawah ini. IC ini tersusun dari 28 pin yang memiliki beberapa fungsi tertentu.
Mikrokontroller AVR merupakan keluarga mikrokontroller RISC (Reduced Instruction Set Computing) keluaran Atmel. Konsep arsitektur AVR pada mulanya dibuat oleh dua orang mahasiswa di Norwgian institute of
2.2.1 Konfigurasi Pin ATMega 8
Gambar 2.5 Konfigurasi Pin ATMega 8
ATmega8 memiliki 28 Pin, yang masing-masing pin nya memiliki fungsi yang berbeda-beda baik sebagai port maupun fungsi yang lainnya. Berikut akan dijelaskan fungsi dari masing-masing kaki ATmega8 :
a. VCC
Merupakan supply tegangandigital. b. GND
Merupakan ground untuk semua komponen yang membutuhkan grounding.
c. Port B (PB7...PB0)
Didalam Port B terdapat XTAL1, XTAL2, TOSC1, TOSC2. Jumlah Port B adalah 8 buah pin, mulai dari pin B.0 sampai dengan B.7. Tiap pin dapat igunakan sebagai input maupun output. Port B merupakan sebuah 8-bit bi-directional I/O dengan internal pull-up resistor. Sebagai input, pin-pin 7yang terdapat pada port B yang secara eksternal diturunkan, maka akan mengeluarkan arus jika pull-up resistor diaktifkan. Khusus PB6 dapat digunakan sebagai input Kristal (inverting
digunakan sebagai I/O atau jika menggunakan Asyncronous Timer/Counter2 maka PB6 dan PB7 (TOSC2 dan TOSC1) digunakan untuk saluran input timer.
d. Port C (PC5...PC0)
Port C merupakan sebuah 7-bit bi-directionalI/O port yang di dalam masing-masing pin terdapat pull-upresistor. Jumlah pin nya hanya 7 buah mulai dari pin C.0 sampai dengan pinC.6. Sebagai keluaran/output portC memiliki karakteristik yang sama dalam hal menyerap arus (sink) ataupun mengeluarkan arus (source).
e. RESET/PC6
Jika RSTDISBL Fusediprogram, maka PC6 akan berfungsi sebagai pinI/O. Pin ini memiliki karakteristik yang berbeda dengan pin-pinyang terdapat pada port C lainnya. 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 8 minimum, maka akan menghasilkan suatu kondisi reset meskipun clock-nya tidak bekerja.
f. Port D (PD7...PD0)
Port D merupakan 8-bit bit-directionalI/O dengan internal pullupresistor. Fungsi dari port ini sama dengan port-port yang lain. Hanya saja pada port initidak terdapat kegunaan-kegunaan yang lain. Pada portini hanya berfungsi sebagai masukan dan keluaran saja atau biasadisebut dengan I/O.
g. AVcc
Pin ini berfungsi 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 menghubungkannya secara terpisah dengan VCC. Jika ADC digunakan, maka AVcc harus dihubungkan ke VCC melalui low pass filter.
h. AREF
Merupakan pin referensi jika menggunakan ADC.
2.2.2 Fitur ATmega8
Berikut ini adalah fitur-fitur yang dimiliki oleh ATMega8 : a. Saluran I/O sebanyak 23 buah terbagi menjadi 3 port.
c. Tiga buah timer counter, dua diantaranya memiliki fasilitas pembanding. d. CPU dengan 32 buah register
e. Watchdog timer dan oscillator internal. f. SRAM sebesar 1K byte.
g. Memori flash sebesar 8K Bytes system Self-programable Flash h. Unit interupsi internal dan eksternal.
i. Port antarmuka
j. EEPROM sebesar 512 byte.
k. Port USART ( Universal Syncronous and Asycronous Serial Receiver and Transmitter ) untuk komunikasi serial.
2.3 Bluetooth Module HC-05
Bluetooth merupakan spesifikasi industri untuk jaringan kawasan pribadi (Personal Area Network atau PAN) tanpa kabel. Bluetooth menghubungkan dan dapat digunakan untuk melakukan tukar-menukar informasi diantara peralatan-peralatan. Bluetooth beroperasi dalam pita frekuensi 2,4 GHz dengan menggunakan sebuah frequency hopping traceeiver yang mampu menyediakan layanan komunikasi data dan suara secara real time atau host-host bluetooth dengan jarak terbatas. Kelemahan dari teknologi ini adalah jangakauannya yang pendek dan kemampuan transfer data yang rendah.
Bluetooth module HC-05 merupakan module komunikasi nirkabel pada
frekuensi 2.4 GHz dengan pilihan koneksi bisa sebagai slave, ataupun sebagai master. Sangat mudah digunakan dengan mikrokontroler untuk membuat aplikasi wireless.
Sistem bluetooth terdiri dari sebuah radio transceiver, baseband link Management
dan Control, Baseband (processor core, SRAM, UART, PCM USB Interface), flash dan voice codec. Baseband link controller menghubungkan perangkat keras radio ke baseband processing dan layer protokol fisik. Link manager melakukan aktivitas aktivitas protokol tingkat tinggi seperti melakukan link setup, autentikasi dan konfigurasi. Protokol bluetooth menggunakan sebuah kombinasi antara circuit switching dan packet switching. Sebuah perangkat yang memiliki teknologi wireless akan mempunyai kemampuan untuk melakukan pertukaran informasi dengan jarak jangkauan sampai dengan 10 meter (~30 feet), bahkan untuk daya kelas 1 bisa sampai pada jarak 100 meter. Bluetooth merupakan chip radio yang dimasukkan ke dalam komputer, printer, handphone dan peralatan lainnya. Chip bluetooth ini dirancang untuk menggantikan kabel. Informasi yang biasanya dibawa oleh kabel dengan Bluetooth ditransmisikan pada frekuensi tertentu kemudian diterima oleh chip Bluetooth kemudian informasi tersebut diterima oleh komputer, handphone dan peralatan lainnya.
Interface yang digunakan adalah serial RXD,TXD,VCC dan GND. Built in LED sebagai indikator koneksi bluetooth. Tegangan intput antara 3.6-6 V, jangan menguhubungkan dengan sumber daya lebih dari 7V. Arus saat unpaired sekitar 30mA, dan saat paired (terhubung) sebesar 10 mA. 4 pin interface 3.3V dapat langsung dihubungkan ke berbagai macam mikrokontroler (khusus Arduino,
8051, 8535, AVR,PIC,ARM,MSP430). Jarak efektif jangkauan sebesar 10 meter, namun meskipun bisa mencapai lebih dari 10 meter kualitas koneksi makin berkurang.
2.4. Sistem Android
peranti lunak, dan telekomunikasi, termasuk Google, HTC, Intel, Motorola, Qualcomm, T-Mobile, dan Nvidia. Pengembang aplikasi Android diperbolehkan
untuk mendistribusikan aplikasi mereka di bawah skema lisensi apapun yang mereka inginkan. Sistem Android menggunakan database untuk menyimpan informasi penting yang diperlukan agar tetap tersimpan meskipun device dimatikan. Untuk melakukan penyimpanan data pada database, sistem Android menggunakan SQLite yang merupakan suatu open source database yang cukup stabil dan banyak digunakan pada banyak device berukuran kecil. Aplikasi Android dikembangkan dalam bahasa pemrograman Java dengan menggunakan kit pengembangan perangkat lunak Android (SDK). SDK ini terdiri dari seperangkat perkakas pengembangan, termasuk debugger, perpustakaan perangkat lunak, emulator handset yang berbasis QEMU, dokumentasi, kode sampel, dan tutorial. Didukung secara resmi oleh lingkungan pengembangan terpadu (IDE) Eclipse, yang menggunakan plugin Android Development Tools (ADT). Perkakas pengembangan lain yang tersedia di antaranya adalah Native Development Kit untuk aplikasi atau ekstensi dalam C atau C++, Google App Inventor, lingkungan visual untuk pemrogram pemula, dan berbagai kerangka kerja aplikasi web seluler lintas platform. Platform perangkat keras utama pada Android adalah arsitektur ARM. Ada juga dukungan untuk x86 dari proyek Android-x86, dan Google TV menggunakan Universitas Sumatera Utara 26 versi x86 khusus Android. Pada tahun 2013, Freescale mengumumkan melibatkan Android dalam prosesor i. MX
mendukung OpenGL ES 1.1, 2.0, dan 3.0. Beberapa aplikasi secara eksplisit mengharuskan versi tertentu dari OpenGL ES, sehingga perangkat keras GPU
yang cocok diperlukan bagi perangkat Android untuk menjalankan aplikasi tertentu. Antarmuka pengguna Android didasarkan pada manipulasi langsung, menggunakan masukan sentuh yang serupa dengan tindakan di dunia nyata, seperti menggesek, mengetuk, mencubit, dan membalikkan cubitan untuk memanipulasi obyek di layar.
2.5 LCD
LCD merupakan salah satu perangkat penampil yang sekarang ini mulai banyak digunakan.Penampil LCD mulai dirasakan menggantikan fungsi dari penampil CRT (Cathode Ray Tube), yang sudah berpuluh-puluh tahun digunakan manusia sebagai penampil gambar/text baik monokrom (hitam dan putih), maupun yang berwarna.Teknologi LCD memberikan keuntungan dibandingkan dengan teknologi CRT, kaena pada dasarnya, CRT adalah tabung triode yang digunakan sebelum transistor ditemukan. Beberapa keuntungan LCD dibandingkan dengan CRT adalah konsumsi daya yang relative kecil, lebih ringan, tampilan yang lebih bagus, dan ketika berlama-lama di depan monitor, monitor CRT lebih cepat memberikan kejenuhan pada mata dibandingkan dengan LCD
Gambar 2.7 LCD
baris dan kolom adalah sebuah LED terdapat sebuah bidang latar (backplane), yang merupakan lempengan kaca bagian belakang dengan sisi dalam yang
ditutupi oleh lapisan elektroda trasparan.Dalam keadaan normal, cairan yang digunakan memiliki warna cerah. Daerah-daerah tertentu pada cairan akan berubah warnanya menjadi hitam ketika tegangan diterapkan antara bidang latar dan pola elektroda yang terdapat pad sisi dalam lempeng kaca bagian depan.
Keunggulan LCD adalah hanya menarik arus yang kecil (beberapa microampere), sehingga alat atau sistem menjadi portable karena dapat menggunakan catu daya yang kecil.Keunggulan lainnya adalah tampilan yang diperlihatkan dapat dibaca dengan mudah di bawah terang sinar matahari.Di bawah sinar cahaya yang remang-remang dalam kondisi gelap, sebuah lampu (berupa LED) harus dipasang dibelakang layar tampilan.
LCD yang digunakan adalah jenis LCD yang mena mpilkan data dengan 2 baris tampilan pada display. Keuntungan dari LCD ini adalah :
1. Dapat menampilkan karakter ASCII, sehingga dapat memudahkan untuk membuat program tampilan.
2. Mudah dihubungkan dengan port I/O karena hanya mengunakan 8 bit data dan 3 bit control.
3. Ukuran modul yang proporsional.
4. Daya yang digunakan relative sangat kecil.
Operasi dasar pada LCD terdiri dari empat, yaitu instruksi mengakses proses internal, instruksi menulis data, instruksi membaca kondisi sibuk, dan instruksi membaca data. ROM pembangkit sebanyak 192 tipe karakter, tiap karakter dengan huruf 5x7 dot matrik.Kapasitas pembangkit RAM 8 tipe karakter (membaca program), maksimum pembacaan 80x8 bit tampilan data. Perintah utama LCD adalah Display Clear, Cursor Home, Display ON/OFF, Display Character Blink, Cursor Shift, dan Display Shift.
pemantulan atau penyerapan cahaya tersebut akan terbentuk pola huruf, angka, atau gambar sesuai bagian yang di aktifka.
LCD membutuhkan tegangan dan daya yang kecil sehingga sangat popular untuk aplikasi pada kalkulator, arloji digital, dan instrument elektronika lain seperti Global Positioning System (GPS), baragraph display dan multimeter digital. LCD umumnya dikemas dalam bentuk Dual In Line Package (DIP) dan mempunyai kemampuan untuk menampilkan beberapa kolom dan baris dalam satu panel. Untuk membentuk pola, baik karakter maupun gambar pada kolom dan baris secara bersamaan digunakan metode Screening.
