BAB II
LANDASAN TEORI
Pada bab ini akan dibahas mengenai teori-teori dasar yang digunakan untuk menunjang perancangan dan pembuatan alat.
2.1 Arduino Uno
Arduino adalah pengendali mikro single-board yang bersifat open-souce, diturunkan dari wiring platform, dirancang untuk memudahkan penggunaan elektronik dalam berbagai bidang. Hardwarenya memiliki prosesor Atmega AVR dan softwarenya memiliki bahasa pemrograman sendiri. Arduino adalah kit mikrokontroler yang serba bisa dan sangat mudah penggunaannya. Untuk membuatnya diperlukan chip programmer (untuk menanamkan bootloader Arduino pada chip). Arduino merupakan single boerd hardware yang open-source dan juga softwarenya pun dapat di nikmati secara open-source juga. Software arduino dapat dijalankan dimultiplatform,yaitu linux,windows, atau juga mac. Hardware arduino merupakan mikrokontroler yang berbasiskan AVR dari
ATMEL yang di dalamnya sudah diberi bootloader dan juga sudah terdapat standart pin I/Onya.
2.1.1 Kelebihan Arduino.
Tidak perlu perangkat chip programmer karena di dalamnya sudah ada bootloader yang akan menangani upload program dari komputer. Sudah memiliki sarana komunikasi USB,sehingga pengguna laptop
yang tidak memiliki port serial/RS323 bisa menggunakannya
Bahasa pemrograman relatif mudah karena software Arduino dilengkapi dengan kumpulan library yang cukup lengkap.
Memiliki modul siap pakai (shield)yang bisa ditancapkan pada board arduino, Misalnya shield GPS, Ethernet SD card, dll.
Adapun data teknis arduino UNO sebagai berikut : Mikrokontroler : aArduino UNO
Tegangan operasi : 5V
Tegangan input (recommended) : 7-12 V Tegangan input (limit) :6-20V
Pin digital I/O :14 (6 diantaranya pin PWM) Pin analog input :6
Arus DC per pin I/O :40 mA Arus DC untuk pin 3.3 V:150mA
Flash memory :32 KB dengan 0.5 KB digunakan untuk bootloader
EEPROM:1KB
Kecepatan pewaktu :16 Mhz
Gambar 2.1 Bentuk Arduino Uno 2.1.2 Soket USB
Soket USB adalah soket untuk kabel USB yang disambungkan ke komputer atau laptop. Berfungsi untuk mengirimkan program ke Arduino dan juga sebagai port komunikasi serial.
2.1.3 Kabel Jumper
Kabel jumper berguna untuk menghubungkan dari satu perangkat ke perangkat lainnya sehingga dapat menjadi perangkat yang utuh dalam satu pekerjaan yang terorganisir.
Gambar 2.3 Contoh Kabel Jumper 2.2 Sensor Gas
Gas sensor ini dapat digunakan untuk mendeteksi terjadinya kebocoran gas di rumah / pabrik, misalnya untuk membuat rangkaian elektronika pendeteksi kebocoran elpiji. Module MQ-2 adalah sensor gas yang ekonomis untuk mendeteksi kandungan gas hidrokarbon yang mudah terbakar seperti iso butana (C4H10 / isobutane), propana (C3H8 / propane), metana (CH4 / methane), etanol (ethanol alcohol, CH3CH2OH), hidrogen (H2 / hydrogen), asap (smoke), dan LPG (liquid petroleum gas). Ilustrasinya ditunjukkan pada gambar 2.3.
Gambar 2.4 Sensor MQ-2 Pemasangan Kabel :
1. VCC : positive power supply (5V) 2. GND : negative power supply 3. DO : sinyal output TTL 4. AO : sinyal output Analog. Fitur :
1. Menggunakan desain dual panel berkualitas dengan lampu indikator dan instruksi berupa sinyal output TTL.
2. Sinyal output dapat berupa DO (TTL) dan analog AO.
3. Sinyal output TTL rendah (sinyal rendah dapat dihubungkan langsung dengan microcontroller atau relay).
4. Output analog berupa tegangan tinggi saat konsentrasi tinggi. 5. Lebih sensitif dengan gas alam yang dipakai di perkotaan. 6. Terdapat 4 lubang baut untuk kemudahan instalasi
7. Ukuran produk: 32mm (L) x 22mm (W) x 27mm (H). 8. Memiliki stabilitas dan daya tahan yang lama.
Spesifikasi :
1. Tegangan input: 5V DC. 2. Konsumsi daya: 150 mA.
3. Output digital: TTL 0 dan 1 (5V).
4. Output analog: 0.1V s/d 0.3V (tergantung konsentrasi gas, maximum 4V pada konsentrasi maximum)
2.2.1 Cara Kerja Sensor Gas
Sensor gas MQ-2 mengandung bahan sensitif Timah Oksida (SnO2) yang dalam udara bersih (normal) memiliki konduktifitas yang rendah. Ketika lingkungan sekitar mengandung gas yang mudah terbakar, konduktifitas sensor akan meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi gas mudah terbakar dalam udara. Dengan menggunakan rangkaian sederhana untuk mendeteksi terjadinya perubahan dalam konduktifitas akibat konsentrasi gas di udara, maka didapatkan lah sinyal output.
Sumber : Environmental Chemistry, Air and Water Pollution Tabel 2.1 Komposisi Udara Bersih
Tabel 2.2 Udara Bersih dan Udara Tercemar Menurut WHO
2.3 Power Supply
Power Supply adalah suatu perangkat yang dapat melakukan penurunan
tegangan listrik dari 220V AC menjadi 12V DC. Komponen yang terdapat pada
power supply dapat dilihat seperti pada Gambar 2.4.
Gambar 2.5 Power Supply 2.4 Relay
Relay adalah Saklar (Switch) yang dioperasikan secara listrik dan merupakan
komponen Electromechanical (Elektromekanikal) yang terdiri dari 2 bagian utama yakni Elektromagnet (Coil) dan Mekanikal (seperangkat Kontak Saklar/Switch). Relay menggunakan Prinsip Elektromagnetik untuk menggerakkan Kontak Saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik
yang bertegangan lebih tinggi. Sebagai contoh, dengan Relay yang menggunakan Elektromagnet 5V dan 50 mA mampu menggerakan Armature Relay (yang berfungsi sebagai saklarnya) untuk menghantarkan listrik 220V 2A.
Gambar 2.6 Relay DC 5V 1-Channel 2.4.1 Prinsip Kerja Relay
Pada dasarnya, Relay terdiri dari 4 komponen dasar yaitu : 1. Electromagnet (Coil)
2. Armature
3. Switch Contact Point (Saklar) 4. Spring
Gambar 2.7 Struktur Sederhana Relay Kontak Poin (Contact Point) Relay terdiri dari 2 jenis yaitu :
Normally Close (NC) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada di posisi CLOSE (tertutup)
Normally Open (NO) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada di posisi OPEN (terbuka)
Berdasarkan gambar diatas, sebuah Besi (Iron Core) yang dililit oleh sebuah kumparan Coil yang berfungsi untuk mengendalikan Besi tersebut. Apabila Kumparan Coil diberikan arus listrik, maka akan timbul gaya Elektromagnet yang kemudian menarik Armature untuk berpindah dari Posisi sebelumnya (NC) ke posisi baru (NO) sehingga menjadi Saklar yang dapat menghantarkan arus listrik di posisi barunya (NO). Posisi dimana Armature tersebut berada sebelumnya (NC) akan menjadi OPEN atau tidak terhubung. Pada saat tidak dialiri arus listrik, Armature akan kembali lagi ke posisi Awal
(NC). Coil yang digunakan oleh Relay untuk menarik Contact Poin ke Posisi Close pada umumnya hanya membutuhkan arus listrik yang relatif kecil.
2.4.2 Fungsi – Fungsi dan Aplikasi Relay
Beberapa fungsi Relay yang telah umum diaplikasikan kedalam peralatan Elektronika diantaranya adalah :
1. Relay digunakan untuk menjalankan Fungsi Logika (Logic Function)
2. Relay digunakan untuk memberikan Fungsi penundaan waktu (Time Delay Function)
3. Relay digunakan untuk mengendalikan Sirkuit Tegangan tinggi dengan bantuan dari Signal Tegangan rendah.
4. Ada juga Relay yang berfungsi untuk melindungi Motor ataupun komponen lainnya dari kelebihan Tegangan ataupun hubung singkat (Short).
2.5 Kipas
Rangkaian kontrol fan (kipas) 12 volt DC ini berfungsi untuk mengendalikan kecepatan putaran motor DC 12 volt. Komponen yang digunakan untuk mengendalikan kecepatan fan (kipas) DC 12 volt ini adalah IC LM2941CT. IC LM2941CT merupakan sebuah regulator tegangan 1A. Rangkaian Kontrol Fan (Kipas) 12V ini dapat digunakan untuk mengendalikan kecepatan fan (kipas) 12 volt dengan arus maksimum 1 A. Rangkaian kontrol fan 12 volt ini cukup sederhana dan menggunakan komponen yang mudah diperoleh, untuk membuat atau merakit rangkian kontrol fan ini dapat melihat gambar rangkaian dan komponen yang digunakan seperti pada gambar berikut.
Gambar 2.9 Rangkaian Kontrol Kipas 12 Volt Komponen rangkaian Kontrol Kipas 12 Volt :
1. R1 = VR 22K 2. R2 = Pot 10K 3. R3 = 2K2 4. C1 = 470nF 5. C2 = 470uF
6. IC1 = LM2941
Rangkaian Kontrol Fan (Kipas) 12V pada gambar diatas dapat diaplikasikan pada dime blower DC 12 volt atau kipas DC yang lain. Pada dasarnya rangkaian kontrol fan (kipas) diatas adalah mengatur tegangan supply yang diberikan ke fan atau kipas DC 12 volt. Pengendalian tegangan supply kipas DC ini dilakukan dengan mengatur tuas potensiometer R2 dan R1.
Fungsi R1 pada “Rangkaian Kontrol Fan (Kipas) 12V” diatas adalah sebagai pembatas kecepatan maksimum fan atau kipas yang dikendalikan. Kemudian potensiometer R2 berfungsi untuk mengendalikan kecepatan putaran fan atau kipas DC12 volt.Apabila digunakan untuk mengendalikan kipas DC dengan konsumsi arus 1A, maka IC LM2941 pada “Rangkaian Kontrol Fan (Kipas) 12V” ini perlu dilengkapi dengan pendingin (heatsink) kecil untuk membuang panas yang dihasilkan pada saat IC LM2941 tersebut bekerja
2.6 PCB Matrix Strip Board
PCB ini merupakan jenis PCB yang memiliki lubang. Susunan lubang ini membentuk matrik bergaris seperti pada Gambar 2.9. Pada dasarnya PCB ini digunakan untuk memudahkan penggunanya dalam merangkai komponen-komponen elektronika hanya dengan kabel penghubung (jumper).
Gambar 2.10 PCB Matrix Strip Board
Kekurangan dalam penggunaan PCB ini adalah sulitnya mengatur sistem
wiring yang menghubungkan antara komponen satu dengan komponen lainnya.
Kesulitan lainnya adalah pada saat melakukan penyolderan kaki komponen yang memiliki dua penghubung atau lebih pada satu titik solder yang sama.
2.7 LCD (Liquid Crystal Display)
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 (Liquid Cristal Display) berfungsi sebagai penampil data baik dalam bentuk karakter, huruf, angka ataupun grafik.
Gambar 2.11 Contoh LCD (Liquid Crystal Display)
Lapisan LCD terdiri dari campuran organik antara lapisan kaca bening dengan elektroda transparan indium oksida dalam bentuk tampilan seven-segment dan lapisan elektroda pada kaca belakang. Ketika elektroda diaktifkan dengan medan listrik (tegangan), molekul organik yang panjang dan silindris menyesuaikan diri dengan elektroda dari segmen. Lapisan sandwich memiliki polarizer cahaya vertikal depan dan polarizer cahaya horisontal belakang yang diikuti dengan lapisan reflektor. Cahaya yang dipantulkan tidak dapat melewati molekul-molekul yang telah menyesuaikan diri dan segmen yang diaktifkan terlihat menjadi gelap dan membentuk karakter data yang ingin ditampilkan.
2.8 Acrylic
Polymethyl metacrylate (PMMA) atau acrylic merupakan material yang
bening. Tidak hanya sekedar tembus pandang, PMMA juga sedikit sekali menyerap sinar yang melalui bahan tersebut. Disinilah letak perbedaan optis yang utama antara kaca dan acrylic. Walaupun tembus pandang, kaca menyerap cahaya
yang dapat melaluinya, maka sifat transparannya makin berkurang. Pada acrylic, penyerapan sinar yang terjadi demikian kecil sehingga walaupun ketebalannya bertambah, sifat transparannya tidak banyak berubah.
Selain itu kaca lebih bersifat kaku jika dibandingkan dengan acrylic. Acrylic bersifat lebih lentur, sehingga secara teknis lebih dapat bertahan pada hentakan tekanan dinamik air. Selain itu, hal yang merugikan adalah kaca akan berwarna kehijauan (dilihat dari ketebalan) sedangkan pada acrylic tidak. Beberapa kelebihan yang dipunyai oleh acrylic:
1. Bening dan transparan. 2. Kuat, lentur dan tahan lama.
3. Dapat dibuat menjadi berbagai bentuk.
4. Mempunyai berat yang lebih ringan dari kaca. 5. Harga relatif murah dari kaca .
2.9 Aplikasi Program Arduino IDE ( Integrated Development Enviroment ) Ketika kita membuka program Arduino IDE ( Integrated Development Enviroment ), akan terlihat serupa dengan tampilan gambar 2.7 dibawah ini. Jika kita menggunakan Windows atau Linux, akan terlihat perbedaan, tetapi pada dasarnya IDE ( Integrated Development Enviroment ) akan sama tidak perduli Operasi Sistemnya apa yang digunakan.
Gambar 2.12 Tampilan program IDE (Integrated Development Enviroment) 2.10 Arduino Programming Tool
Arduino merupakan perangkat pemrograman mikrokontroler jenis AVR yang tersedia secara bebas (open-source) untuk membuat prototip elektronika yang dapat berinteraksi dengan keaadaan sekitarnya.Arduino dapat menerima input dari berbagai jenis sensor dan mengendalikan sensor,servo dan aktuator lainnya.
Gambar 2.13 Tampilan Utama Aplikasi Arduino 1. Toolbar
Gambar 2.14 Toolbar pada Aplikasi Arduino
a. Verify
Tombol ini digunakan untuk meng-compile program yang telah dibuat.Compile berguna untuk mengetahui apakah program yang dibuat telah benar atau masih memiliki kesalahan.Apabila asa kesalahan yang terjadi,bagian Message akan menampilkan letak kesalahan tersebut.
b. Stop
Tombol ini digunakan untuk membatalkan proses verify yang sedang berlangsung.
c. New
Tombol digunakan untuk membuat coding pada windows yang baru.
d. Open
Tombol ini digunakan untuk membuka coding yang sudah disimpan sebelumnya.
e. Save
Tombol ini digunakan untuk menyimpan coding yang sedang dikerjakan.
f. Upload
Tombol ini digunakan mengirim coding yang sedang dikerjakan ke mikrokontroler.
g. Serial Monitor
Tombol ini digunakan untuk melihat aktivitas komunikasi serial dari mikrokontroler baik yang di kirim oleh user ke mikrokontroler maupan sebaliknya.
2. Coding Area
Bagian ini merupakan tempat penulisn coding dengan menggunakan bahasa pemrograman C.Coding di dalam Arduino memiliki 2(dua) bagian utama,yaitu:
a) Void setup()
Bagian ini merupakan inisialisasi yang diperlukan sebelum program utama dijalankan.contoh:
Void setup() {
Serial.begin(19200) // inisialisasi baudrate komunikasi serial.
pinMode(5,INPUT); // set pin no.2 Arduino sebagai
input.
pinMode(12,OUTPUT); // set pin no.12 Arduino sebagao
output.
}
b) void loop ()
Bagian ini merupakan fungsi utama yang dijalankan terus menerus selama modul Arduino terhubung dengan power supply.contoh
Void loop() {
digitalWrite(13,HIGH); //memberikan logic High pada pin 13.
delay(100); //menunda selama 1 detik.
digitalWrite(13,LOW); //memberikan logic Low pada pin 13
}
3. Application status
Bagian ini memberikan informasi kepada pengguna mengenai tugas yang sedang dijalankan oleh aplikasi Arduino.
4. Message
Bagian ini memberikan informasi kepada pengguna mengenai besarnya ukuran file dari coding yang dibuat dan letak kesalahan yang terjadi pada coding
2.10.1 Serial Port
Komunikasi serial digunakan untuk memprogram mikrokontroler langsung dari aplikasi Arduino.Selain itu,komunokasi serial juga digunakan untuk mengirim dan menerima data antara mikrokontroler dan komputer melalui fasilitas serial monitor yang terdapat pada aplikasi Arduino.Seperti gambar berikut ini:
