BAB 2
LANDASAN TEORI
2.1. Oxygen
Oksigen adalah gas yang paling dibutuhkan manusia saat bernapas. Oksigen memainkan peranan penting dalam proses perombakan bahan makanan di dalam tubuh. Tanpa oksigen, manusia akan mati secara perlahan. Itulah sebabnya mengapa tabung-tabung gas oksigen selalu tersedia di rumah sakit yang ada di sekitar kita. Di saat tertentu seseorang membutuhkan oksigen dengan alat bantu agar bisa bernapas dengan baik. Bukan nitrogen, argon, maupun karbon dioksida. Jika menghirup gas karbon dioksida terus menerus tanpa oksigen yang cukup, maka seseorang bisa mati lemas secara perlahan. Udara yang kita hirup sehari-hari selama hidup di dunia ini ternyata bukanlah oksigen murni. Saat bernapas, tubuh kita mengambil udara dari alam bebas untuk digunakan untuk berbagai keperluan tubuh.
Udara yang masuk ke dalam tubuh mengandung berbagai gas seperti oksigen, karbon dioksida, argon, nitrogen, dan uap air. Namun tidak menutup kemungkinan terdapat gas lain yang tercapur di dalam udara yang dihirup manusia. Udara bebas yang digunakan oleh manusia untuk bernapas mengandung gas nitrogen sebesar 78%, mengandung gas oksigen sebesar 20%, mengandung gas argon sebesar kurang dari 1%, mengandung uap air kurang lebih sekitar 1% dan menganding karbon dioksida sebanyak kurang dari 0,1%. Gas-gas tersebut tercampur dengan baik di dalam udara yang ada di dunia ini. Jika kita lihat persentasenya maka manusia sebenarnya bernapas dengan menghirup nitrogen, karena sebagian besar gas yang dihirup manusia saat bernapas adalah gas nitrogen.
• Komposisi Kandungan Udara yang Digunakan Bernapas oleh Manusia : 1. Nitrogen - 78%
2. Oksigen - 20%
3. Argon - kurang dari 1%
Uap air yang kita hirup berbeda-beda kadarnya antara daerah yang satu dengan daerah yang lain. Ada tempat-tempat yang memiliki udara yang mengandung banyak uap air, dan ada pula tempat-tempat yang kadar air dalam udaranya sangat rendah. Air menguap dan bercampur dengan udara yang ada di sekitarnya. Sebagian uap air akan naik ke atas dan membentuk awan yang nantinya bisa menjadi hujan yang turun ke permukaan bumi.
Manusia memerlukan oksigen agar proses respirasi sel terus berlangsung. Oksigen adalah gas yang sangat diperlukan oleh mahkluk hidup untuk bernapas. Hasil utama pernapasan berupa energi, hasil ini disebarkan ke seluruh bagian tubuh yang berfungsi untuk: pertumbuhan, dan kerja organ tubuh (ber-aktivitas). Zat sisa pernapasan berupa karbon dioksida dan uap air yang akan dikeluarkan dari tubuh.
Volume udara yang kita butuhkan untuk bernapas ketika istirahat berbeda ketika kita kerja keras. Volume tersebut dapat kita ketahui melalui kapasitas paru-paru.
Kapasitas paru-paru dapat diuraikan sebagai berikut:
1. Udara tidal yaitu udara yang keluar masuk paru-paru pada saat pernafasan biasa. Jumlah volume udaranya sebesar 50 ml.
2. Udara komplementer yaitu udara yang masih dapat dihirup setelah inspirasi biasa, Besar volume udaranya 1500 ml.
3. Udara suplementer yaitu udara yang masih dapat dikeluarkan setelah melakukan ekspirasi biasa. Besar volume udaranya sekitar 1500 ml. 4. Kapasitas Vital paru-paru yaitu kemampuan paru-paru untuk
melakukan respirasi sekuat-kuatnya atau merupakan jumlah udara tidal, udara komplementer dan udara suplementer. Jadi besarnya volume kapasitas vital paru-paru kurang lebih 4000 ml.
5. Kapasitas Total paru-paru yaitu seluruh udara yang dapat ditampung oleh paru-paru.
20 kali (dalam keadaan normal atau tidak melakukan aktivitas berat). Berikut perhitungan yang dilakukan Jumlah udara oksigen yang dihirup dalam sekali bernafas = 20% X 500 ml = 100 ml. Jumlah O2 yang dihirup dalam 1 menit = 100 ml X 20 kali = 2000 ml = 2 l.
1 jam = 60 menit.
1 hari = 24 jam = 24 X 60 menit = 1440 menit.
Jadi dalam sehari manusia menghirup O2 sebanyak = 2 l X 1440 = 2880 l.
2.2. Gs Oxygen Sensor
Sensor yang digunakan adalah sensor gas oksigen jenis KE buatan Figaro Sensor yang dikhususkan dirancang hanya untuk mendeteksi keberadaan gas O2 saja. Sensor jenis ini mempunyai struktur yang sama dengan baterai yang terdiri dari elektroda dan eletrolit. Sensor ini memiliki 2 tipe, yaitu KE-25 dan KE-50. Elektroda dibagi menjadi anoda berupa Pb (timbal) dan katoda yang terbuat dari emas (Ag) serta elektrolit berupa asam lemah atau alkaline. Dibawah ini adalah gambar tampilan fisik Gs Oxygen.
Gmbar 2.1 Tampilan fisik Gs Oxygen
membran elektroda. Tegangan resistansi ini digunakan sebagai keluaran sensor oksigen.
2.3. Mikrokontroller
Mikrokontroller adalah piranti elektronik berupa IC (Integrated Circuit) yang memiliki kemampuan manipulasi data (informasi) berdasarkan suatu urutan instruksi (program) yang dibuat oleh programmer. Chip tunggal yang dirancang secara spesifik untuk aplikasi-aplikasi kontrol dan bukan untuk aplikasi serbaguna. Perangkat ini seringkali digunakan untuk memenuhui seuatu kebutuhan kontrol tertentu seperti mengendalikan sebuah penggerak melalui progremmer.
• Sistem Mikrokontroller
Besaran yang diraba kuantitas yang diukur dari perubahannya; misalnya, suhu, posisi, dll) dikonversi menjadi sinyal listrik yang sesuai dengan mengguanakan sensor dan Output dari sensor. Dilewatkan sebagai sinyal input pada mikrokontroller. Mikrokontroller juga dapat menerima input dari pengguna. Pillihan-pilihan yang ditetapkan pengguna ini tipikalnya meliputi nilai–nilai sasaran bagi berbagi variabel (seperti suhu ruangan yang diinginkan), nilai batas (seperti kecepatan putaran poros maksimum), atau batasan–batasan waktu (seperti waktu ‘hidup’ dan waktu ‘mati’ waktu tunda (delay), dan lain-lain. Pengoperasian mikrokontroller dikendalikan oleh rangkaian instruksi software yang dikenal oleh sebagai program kontrol. Program kontrol bekerja secara terus menerus, memeriksa input dari sensor–sensor, setting–setting pengguna, dan data waktu sebelum mengadakan perubahan pada sinyal–sinyal output yang dikirmkan ke satu atau perangkat terkontrol.
otomatis atau mengatur-sendiri. Segera setelah diset, sistem semacam ini akan terus bekerja tanpa membutuhkan intervensi operator yang terus-menerus. Output dari sebuah sistem yang mengatur sendiri diumpankan kembali ke inputnya untuk menghasilkan apa yang dikenal sebagai sistem loop-tertutup. Salah satu contoh dari sistem loop-tertutup adalah sistem kontrol pemanasan yang dirancang untuk mempertahankan suhu dan kelembahan ruanganyang konstan dalam sebuah gedung terlepas dari berbagai perubahan kondisi di luar gedung tersebut.
Dalam bahasa yang lebih sederhana, sebuah mikrokontroller harus mampu menghasilkan suatu kondisi yang spesifik pada setiap saluran yang terhubung ke port-port outputnya sebagai tanggapan atas suatu kombinasi tertentu dari kondisi-kondisi yang ada pada masing-masing saluran yang terhubung ke port-port inputnya. Mikrokontroller juga harus memiliki sebuah unit pengelolaan pusat yang mampu melaksanakan operasi-operasi aritmatika, logika, dan pewaktuan sederhana. Sinyal-sinyal port input dapat diturunkan dari sejumlah sumber, di antarnya:
a) Saklar-saklar (termasuk tombol-tombol tekan yang memberikan reaksi dalam sekejap);
b) Sensor-sensor (menghasilkan output-output yang kompatibel dengan level-logika);
c) Keyboard (baik tipe yang dikodekan maupun yang tidak dikodekan).
Sinyal-sinyal port output dapat disambungkan ke sejumlah perangkat di antaranya:
a) Saklar-saklar (termasuk tombol-tombol tekan yang memberikan reaksi dalam sekejap);
b) Sensor-sensor (menghasilkan output-output yang kompatibel dengan level-logika);
c) Keyboard (baik tipe yang dikodekan maupun yang tidak dikodekan).
penyambungan dan pemutusan namun terdapat banyak jenis perangkat lainnya yang juga banyak digunakan termasuk diantaranya berbagai jenis sensor yang menyediakan output-ouput level-logika (seperti saklar float, detektor jarak, sensor cahaya,dll).
Penting untuk diperlihatkan bahwa, untuk dapat disambungkan secara langsung ke sebuah port input mikrokontroler, suatu perangkat input harus menyediakan sinyal yang kompertibel logika. Ini disebabkan karena input-input mikrokontroler hanya dapat menerima sinyal-sinyal input digital dengan level tegangan yang sama sebagaimana pada sumber daya logika. Level pertahanan bahwa, 0 V (seringkali disebut dengan Vss dalam kasus mikrokontroller CMOS) dan catu positif (Vdd dalam kasus mikrokontroller CMOS) adalah 5V lebih kurang 5%. Level tegangan pada sekitar 0V mengindikasikan sinyal logika 0 dan tegangan pada level yang kurang lebih sama dengan catu daya positif mengindikasikan sinyal logika1.
Perangkat-perangkat input lainnya dapat meraba besaran-besaran analog (seperti misalnya kecepatan) namun memanfaatkan suatu kode digital untuk mempresentasikan nilai besaran-besaran tersebut sebagai input ke suatu sistem mikrokontroller. Beberapa mikrokontroller menyediakan perangkat pengkonversi analog ke digital (ADC) internal untuk menyederhanakan penyambungan sensor-sensor analog sebagai perangkat input.
Perangkat-perangkat output digunakan untuk mengkomunikasikan informasi atau tindakan-tindakan dari sebuah sistem komputer kepada dunia luar. Pada sistem personal computer, perangkat output yang paling umum adalah perangkat tampilan atau display dll. Sebagaimana perangkat input, sistem mikrokontroller seringkali menggunakan perangkat perangkat output yang jauh lebih sederhana. Perangkat ini bisa jadi tidak hanya sekedar LED, pembangkit suatu piezeolektrik, relay, dan motor. Untuk dapat tersambung langsung ke port output sebuah mikrokontroller, perrangkat output harus karena mampu untuk menerima sinyal kompertibel-logika.
kompatibel-logika (yaitu ketika sinyal-sinyal tersebut berada di luar jangkauan sinyal-sinyal yang dapat disambungkan secara langsung kepada mikrokontroller) sejumlah rangkaian anatrmuka dibutuhkan sebagai tambahan akan dibutuhkan untuk menggeser level tegangan atau menyediakan level penggerak arus tambahan. Sebagai contoh, tersedia sejumlah rangkaian antarmuka yang umum digunakan (relay solid-state) yang akan memungkinkan mikrokontroller untuk berhubungan dengan suatu beban yang tersambung ke sumber a.c. setelah itu adalah mungkin bagi sebuah mikrokontroller kecil ( yang bekerja hanya dengan sumber d.c. 5V ) untuk mengontrol suatu sistem pemanasan terpusat yang beroperasi dengan sumber a.c. 240V.
• Pemrograman Mikrokontroller AVR
Pemrograman mikrokontroller AVR dapat menggunakan low level language (assembly) dan high language (C, Basic, Pascal, java dll) tergantung compiler yang digunakan. Bahasa assembler mikrokontroller AVR memiliki kesamaan instruksi, sehingga jika pemrograman satu jenis mikrokontroller AVR sudah dikuasai, maka dengan mudah akan menguasai pemrograman keseluruhan mikrokontroller jenis AVR. Namun bahasa assembler relatif lebih sulit dipelajari daripada bahasa C, untuk pembuatan satu proyek yang besar akan memakan waktu yang sangat lama. Serta penulisan programnya akan panjang. Sedangkan bahasa C memiliki keunggulan dibanding bahasa assembler yaitu indepedent terhadap hardware serta lebih mudah untuk menangani project yang besar. Basaha C mempunyai keuntungan-keungtungan yang dipunyai oleh bahasa mein (asemmbly). Hampir semua opersi yang dapat dilakukan oleh bahasa mesin, dapat dilakukan dengan bahsa C dengan penyusunan program yang lebih sederhana dan mudah. Bahasa C sendiri sebanarnya terletak diantara bahasa pemrograman tingkat tinggi dan assembly.
2.4 Mikrokontroler Atmega16
memory 16Kbyte EEPROM 512 byte dan SRAM 1Kbyte, sluran I/O sebanyak 32 buah yaitu port A, B, C dan D. CPU yang terdiri dari 32 register, unit interupsi intrnal dan eksternal, port USART untuk komunikasi serial, fitur peripheral dengan 3 buah timer/counter dengan kemampuan pembandingan dua (2) buah timer/counter 8 bit dengan prescaler terpisah dan mode compare dan satu (1) buah timer/counter 16 bit dengan precaler terpisah mode campare, dan mode capture, real time counter dengan oscillator tersendiri, 4 chanel PWM, 8 channel 10 bit-ADC, 8 singel-ended channel, 7 differential channel hanya pada kemasan TQFP, 2 differential channel dengan programmable gain 1x, 10x, atau 200x, antarmuka SPI, on-chip analog comparator.
• Konfigurasi Pin AVR Atmega16
Gambar berikut ini merupakan susunan kaki standart 40 pin DIP mikrokontroller AVR Atmega16.
Gambar 2.2 Tampilan Fisik Atmega16
yaitu PORTxn dan PINxn. Port I/O pada mikrokontroller AVR dapat dikonfigurasi sebagai input atau ouput dengan mengubah isi I/O register. Bit data DDxn dalam register DDRx (data derictoin register) menentukan arah pin.
Arsitektur AVR mepunyai dua memori utama yaitu memori data dan memori program selain itu, Atmega16 memiliki meliki memori EPROM untuk menyimpan data. Atmega16 memiliki 16Kbyte on-chip in-system reproggrammable flash memory untuk mennyimpan program. Karena instruktur Atmega16 memiliki 16 atau 32 bit. Flash diatur dalam 18K x 16 bit. Untuk keamanan program, memori program, flash dibagi menjadi dua bagian yaitu bagian program bot dan aplikasi. Boot loader adalah program kecil yang bekerja pada saat up time yang dapat memasukkan ke program aplikasi ke dalam mikroposessor.
Memori AVR Atmega16 terbagi menjadi 3 bagian yaitu 32 buah register umum,64 buah register I/O dan 1Kbyte SRAM internal. General purpose register menempati data alamat terbawah yaitu S00 sampai S1F. Sedangkan memory I/O menempati 64 alamatnnya berikutnya mulai dari $20 hingga $5F. Memory I/O merupakan register yang khusus digunakan mengatur fungsi yang khusus terhadap berbagai pheriperal mikrokontroller seperti control register, timer atau counter fungsi I/O dan sebagainya.1024 alamat memory berikutnya mulai alamat $45F digunakan untuk SRAM internal. Atmega 16 terdiri dari 512 byte memori data EEPROM 8 bit, data dapat ditulis atau dibacadari memori, ini ketika catu daya yang dimatikan, data yang terakhir ditulis pada memori EEPROM masi tersimpan pada memori ini, atau kata lain EEPROM bersifat nonvolatile alamat EEPROM dari $000 hingga $1FF.
2.5 Codvision AVR
program tersebut. Salah satu compiler program yang umum digunakan sekarang ini adalah CodeVision AVR yang menggunakan bahasa pemrograman C. CodeVision AVR mempunyai suatu keunggulan dari compiler lain, yaitu adanya codewizard, fasilitas ini memudahkan kita dalam inisialisasi mikrokontroler yang akan kita gunakan. Dibawah ini adalah gambar Tampilan Software Code VisionAVR
Gambar 2.3 Tampilan Software CodeVisionAVR
• Program Codvision AVR
Vision Programmer Cable dapat diintegrasik dengan Code Vision AVR, terlebih dahulu harus dilakukan konfigurasi sebagai berikut :
• Jalankan software Code Vision AVR. • Pilih menu setting. Programmer. • Pilih tipe programmer.
• Lalu klik tombol OK.
Catatan: Proses ini hanya dapat dilakukan pada saat ada project yang telah dibuat atau dibuka.
• Bahasa Pemrograman CodeVisionAVR
Akar dari bahasa C adalah bahasa BCPL yang dikembangkan. Bahasa C pertama kali digunakan pada komputer Digital Equipment Corporation PDP-11 yang menggunakan sistem operasi UNIX. Standar bahasa C yang asli adalah standar dari UNIX. Sistem operasi, kompiler C dan seluruh program aplikasi UNIX yang esensial ditulis dalam bahasa C. Kepopuleran bahasa C membuat versi-versi dari bahasa ini banyak dibuat untuk komputer mikro. Untuk membuat versi-versi tersebut menjadi standar, ANSI (American National Standard Institutes) membentuk suatu komite (ANSI Committee X3J11) pada tahun 1983 yang kemudian menetapkan standar ANSI untuk bahasa C. Standar ANSI ini didasarkan kepada standar UNIX yang diperluas. Bahasa C mempunyai kemampuan lebih dibanding dengan bahasa pemrograman yang lain. Bahasa C merupakan bahasa pemrograman yang bersifat portabel, yaitu suatu program yang dibuat dengan bahasa C pada suatu komputer akan dapat dijalankan pada komputer lain dengan sedikit (atau tanpa) ada perubahan yang berarti. Bahasa C merupakan bahasa yang biasa digunakan untuk keperluan pemrograman sistem, antara lain untuk membuat:
1. Assembler 2. Interpreter 3. Compiler 4. Sistem Operasi
7. Paket program aplikasi
Beberapa program paket yang beredar seperti dBase dibuat dengan menggunakan bahasa C, bahkan sistem operasi UNIX juga dibuat dengan menggunakan bahasa C. Dalam beberapa literatur, bahasa C digolongkan sebagai bahasa tingkat menengah (medium level language). Penggolongan ini bukan berarti bahasa C kurang ampuh atau lebih sulit dibandingkan dengan bahasa tingkat tinggi (high level language - seperti Pascal, Basic, Fortran, Java, dan lain-lain), namun untuk menegaskan bahwa bahasa C bukanlah bahasa yang berorientasi pada pada mesin yang merupakan ciri dari bahasa tingkat rendah (low level language), yaitu bahasa mesin dan assembly. Pada kenyataannya, bahasa C mengkombinasikan elemen dalam bahasa tingkat tinggi dan bahasa tingkat rendah, yaitu kemudahan dalam membuat program yang ditawarkan pada bahasa tingkat tinggi dan kecepatan eksekusi dari bahasa tingkat rendah.
2.5 Bahasa C
Gambar 2.4 Tampilan Software Bahasa C
Bahasa C merupakan pengembangan dari bahasa pemrograman B. Kepopuleran C ini pada mulanya tidak dilepaskan dari kepopuleran dari sistem operasi UNIX yang meupakan induk dan aplikasi utama pertamanya. Dalam waktu yang singkat Ctelah menggantikan pemrograman assembler dalam lingkungan UNIX. Tetapi selanjutnya C berkembang ke arah status yang mandiri dan digunakan dalam perusahaan – perusahaan lainyang mengembangkan kompiler – kompiler C untuk lingkunngan nonUNIX. Hingga awal tahun 80-an berbagai versi C untuk mikrokomputer telah banyak banyak beredar di perngkat lunak.
2.5.1 Kerangka Dasar Bahasa Pemrograman C
Bahasa pemrograman C sama seperti bahasa pemrograman lainnya yang memiliki kerangka dasar. Kerangka Dasar Bahasa C adalah sebagai berikut: • Fungsi main ( )
Fungsi main merupakan fungsi utama yang wajib ada pada saat kita membuat program dengan bahasa C. Dalam sebuah project hanya boleh ada 1 buah fungsi main() saja. Namun dalam bahasa C, tidak membatasi hanya boleh 1 fungsi saja, melainkan kita juga diperbolehkan untuk membuat fungsi-fungsi lain selain fungsi main ( ) yang bisa mempermudah kita dalam membuat sebuah program.
• Deklarasi variabel
variabel ini biasanya sekaligus dengan mencantumkan tipe data dari variabel tersebut.
• Perintah (statement)
Perintah merupakan deretan program yang kita buat dalam sebuah project.
• Akses library
Digunakan untuk mengakses library apa saja yang kita perlukan dalam pembuatan sebuah program.
• Komentar
Komentar merupakan sebuah kalimat yang biasanya dicantumkan oleh seorang programer sebagai sebuah catatan kecil yang mana komentar ini tidak akan ikut di compile atau diproses.
2.5.2 Kelebihan dan Kekurangan Bahasa Pemrograman C
Bahasa C mempunyai beberapa kelebihan dibanding dengan bahasa pemrograman yang lain, yaitu:
• Kelebihan
1. C mempunyai operator yang lengkap untuk memanipulasi data.
2. Berbagai struktur data dan pengendalian proses disediakan dalam C, sehingga memungkinkan dibuat program yang terstruktur, bahkan program yang berorientasi pada objek (OOP = Object Orientied Programming).
3. Dibanding dengan bahasa mesin atau rakitan (assembly), C jauh lebih mudah dipahami dan pemrogram tidak perlu tahu detail mesin komputer yang digunakan sehingga tidak menyita waktu dalam menyelesaikan masalah ke dalam bentuk program. C merupakan bahasa yang berorientasi pada permasalahan (objek), dan bukan berorientasi pada mesin.
5. C memungkinkan memanipulasi data dalam bentuk bit maupun byte secara efisien. Disamping itu juga memungkinkan untuk melakukan manipulasi alamat dari suatu data yang dalam C dinamakan pointer.
• Kekurangan
Adapun kelemahan --atau lebih tepatnya kesulitan bahasa pemrograman C terutama yang dirasakan oleh pemrogram pemula diantaranya adalah:
1. Banyaknya operator serta fleksibilitas penulisan program kadang-kadang membingungkan pemakai, yang jika belum familiar akan menimbulkan masalah.
2. Para pemrogram C tingkat pemula umumnya belum pernah mengenal pointer dan tidak terbiasa menggunakannya, padahal keampuhan bahasa C justru terletak pada pointer.
2.6 LCD (Liquid Crystal Display)
Berikut adalah tampilan bentuk fisik LCD yang digunakan pada perancangan alat,
Gambar 2.5. Bentuk Fisik LCD
Gambar dibawah ini adalah gambar tampilan knfigurasi pin LCD 16 Karakter x 2 Baris.
Gambar 2.6. Konfigurasi Pin LCD 16 Karakter x 2 Baris
Dengan gambar diatas dapt digunakan untuk keperluan antar muka suatu komponen elektronika dengan mikrokontroler perlu diketahui fungsi dari setiap pin yang ada pada komponen tersebut. Adapun konfigurasi pin LCD sebagai berikut:
a. Pin 1 (VSS) : Ground voltage b. Pin 2 (VCC) : +5V
c. Pin 3 (VEE) : Contrast Voltage d. Pin 4 (RS) : Register Select,
0; intruction register 1; data register
e. Pin 5 (R/W) : Read/Write to choose write or read mode 0; write mode
1; read f. Pin 6 (E) : Enable
0; start to lacht data to LCD character 1; disable
k. Pin 11 (D4) : Data bit ke-4 l. Pin 12 (D5) : Data bit ke-5 m. Pin 13 (D6) : Data bit ke-6 n. Pin 14 (D7) : Data bit ke-7 (MSB) o. Pin 15 (BPL) : Back plane light p. Pin 16 (GND) : Ground Voltage
