i
TUGAS AKHIR
MODEL SISTEM PENGAMAN RUMAH PADA RUMAH PINTAR
BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik pada
Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma
Disusun oleh
ANDRY WIDODO AGUSTINUS NIM: 025114061
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
2007
ii
FINAL PROJECT
HOUSE SECURITY SYSTEM MODEL ON SMART HOUSE BASED
ON AT89S51 MICROCONTROLLER
Presented as Partial Fulfillment of the Requirements to Obtain the Sarjana Teknik Degree
Electrical Engineering Study Program Faculty of Engineering Sanata Dharma University
By :
ANDRY WIDODO AGUSTINUS NIM: 025114061
ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT FACULTY OF ENGINEERING
SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA
2007
iii
iv
v
Football is life
VICTORIA CONCORDIA CRESCTT
Kupersembahkan karya tulis ini kepada:
TUHAN YESUS KRISTUS,
BUNDA MARIA SERTA St AGUSTINUS
Bapak Henricus Suyamto dan Ibu Maria Imaculata Marilah
Serta
ARSENAL.FC
ARSENAL.FC ARSENAL.FC
ARSENAL.FC
vi
vii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Bapa di surga yang telah memberikan segala berkat dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir yang berjudul ‘Model sistem pengaman rumah pada rumah pintar berbasis mikrokontroler AT89S51’.
Adapun penyusunan laporan ini dibuat untuk memenuhi gelar kesarjanaan S-1 Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sanata Dharma. Penulis menyadari masih banyak kekurangan, kelemahan dan pengalaman yang penulis miliki saat ini, akan tetapi penulis telah berusaha semaksimal mungkin dalam penyusunan laporan ini. Pada kesempatan ini penulis ingin menghaturkan rasa terima kasih kepada:
1. Bapak Martanto, S.T., M.T. selaku Dosen pembimbing I dan Bapak Ir. Tjendro selaku Dosen pembimbing II atas segala pemikiran dalam membimbing, ide, tenaga dalam menyelesaikan skripsi ini serta kesabaran dan sarana yang sangat penulis perlukan untuk menyelesaikan tugas akhir ini dari awal hingga selesai.
2. Orang tua tercinta Bapak Henricus Suyamto dan Ibu Maria Imaculata Marilah serta kedua kakak dan adikku. Terima kasih atas segala perhatian, dukungan, semangat, cinta dan kesabarannya.
3. Seluruh Dosen dan Staf teknik Elektro USD.
4. Terima kasih untuk rekan-rekan HIBAH PHK serta SMART HOUSE CREW.
5. Terima kasih pada teman-teman seperjuangan penulis, Galuh, Adi, Nendy, Heri, Alex, Agung, Berlin. Serta Hardi, Wisnu, Soekoer dan banyak teman-teman yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
viii
6. Terima kasih pada teman-teman kost Kim, Yoeli, Jonny, Benny, Ardi, Kak Willi, Bucek, Tommy, Dedi, Putra, dan Komang.
7. Terima kasih untuk anak-anak Dot.A Fever.
8. Anak-anak JKMK terima kasih atas kebersamaan dan kegembiraan yang kalian bagi.
9. Teman – teman Elektro ’02 dan ’03 dan yang penulis tidak dapat sebutkan satu persatu.
10. Terima kasih special untuk Arsenal and The Young Gunners, Arsene Wenger, Thierry Henry, Francesc Fabregas, anak-anak AIS dan semua The Gooonners.
11. Semua Pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu dan telah banyak membantu penulis.
Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna, hal ini disebabkan karena keterbatasan pengetahuan serta pengalaman yang dimiliki. Oleh sebab itu dengan segala kerendahan hati, penulis mengharapkan kritik dan saran dari pembaca yang bersifat membangun demi sempurnanya laporan ini.
Akhir kata penulis mengucapkan banyak terima kasih dan semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca sekalian.
Yogyakarta, 25 Februari 2007
Andry Widodo Agustinus
ix DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN JUDUL (INGGRIS)... ii
HALAMAN PERSETUJUAN... iii
HALAMAN PENGESAHAN... iv
HALAMAN PERSEMBAHAN... v
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA... vi
KATA PENGANTAR ... vii
DAFTAR ISI ... ix
DAFTAR GAMBAR ... xii
DAFTAR TABEL ... xiv
DAFTAR LAMPIRAN……….. . xii
INTISARI... xvi
ABSTRACT ... xvii
BAB I. PENDAHULUAN ... 1
I.1 Judul... 1
I.2 Latar Belakang ... 1
I.3 Tujuan Penelitian ... 2
I.4 Manfaat Penelitian ... 3
1.5 Batasan Masalah... 3
I.6 Metodologi Penulisan ... 4
I.7 Sistematika Penulisan ... 5
x
BAB II. DASAR TEORI... 6
2.1 Sensor ... 7
2.1.1 LDR (Light DependentResistor) ... 7
2.1.2 Reed Switch... 10
2.1.3 LED ( Light Emitting Diode) ... 11
2.1.4 BuzzerReed Switch ... 11
2.1.5 Solenoid... 12
2.2 Transistor Sebagai Saklar ... 14
2.3 Pembanding Tegangan ... 15
2.4 Mikrokontroler AT89S51……….. 17
2.4.1 Memori Mikrokontroler……… 19
2.4.2 Memori Program ... . 19
2.4.3 Memori Data ... . 19
2.4.4 Special Function Register ( SFR)... . 20
2.4.5 Port I/O Serial………... 23
2.4.5 Komunikasi Seria Pada AT89S51………... 25
2.5 Komunikasi Serial dengan RS232 dengan 9 Pin………. 26
2.6 Pengaturan Baud Rate Serial……… 29
2.7 Reduksi Cahaya oleh Partikel ... 31
BAB III. PERANCANGAN ... 32
3.1 Perancangan Perangkat Keras ... 32
3.2 Mikrokontroler AT89S51... 32
3.2.1 Rangkaian Osilator Pada Mikrokontroler... 33
xi
3.2.2 Rangkaian Reset Pada Mikrokontroler ... 34
3.3 Rangkain Indikator LED1 dan LED2... 35
3.4 Detektor Asap... 36
3.5 Rangkain Indikator Buzzer... 39
3.6 Rangkain Pembuka Kunci Elektrik ... 40
3.7 Sensor Pengaman Jendela ... 42
3.8 Interface RS232... 43
3.9 Perancangan Perangkat Lunak ... 44
3.9.1 Penggunaan Baud Rate... 44
3.9.2 Algoritma Perangkat Lunank... 45
3.9.3 Diagram Alir... 46
BAB IV. HASIL PENGUKURAN DAN PEMBAHASAN ... 49
4.1 Pengukuran Pada Indikator LED... 49
4.2 Pengukuran Pada Indikator Buzzer ... 51
4.3 Pengukuran Pada Detektor Asap... 52
4.4 Pengukuran Pada Sensor Pengaman Jendela ... 53
4.5 Pengukuran Pada Pembuka Kunci Pintu Elektrik... 56
4.6 Pengujian Terhadap Cara Kerja Perangkat ... 57
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 59
5.1 Kesimpulan... 59
5.2 Saran... 60
DAFTAR PUSTAKA ... 61
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram Blok Sistem Pengaman Rumah ... 6
Gambar 2.2 Salah Satu Bentuk CDS photocell... 8
Gambar 2.3 Kurva antara Resistansi dengan Intensitas Cahaya ... 9
Gambar 2.4 Bentuk Sebuah LDR... 10
Gambar 2.5 Bentuk Sebuah reed switch ... 10
Gambar 2.6 Simbol LED... 11
Gambar 2.7 Simbol Buzzer... 12
Gambar 2.8 Konstruksi Solenoid ... 13
Gambar 2.9 Cara Kerja Solenoid ... 13
Gambar 2.10 Rangkaian Pembanding Tegangan ... 16
Gambar 2.11 IC MAX232 sebagai Pengubah Level Tegangan ... 17
Gambar 2.12 Konfigurasi Pin Mikrokontroler AT89S51 ... 17
Gambar 2.13 Blok Diagram Mikrokontroler AT89S51 ... 18
Gambar 2.14. Program Status Word (PSW)... 21
Gambar 2.15 Susunan Bit Dalam Register SCON... 26
Gambar 2.16 RS232 dengan 9 Pin ... 27
Gambar 2.17 Skematik IC MAX 232... 29
Gambar 3.1 Rangkaian Osilator Pada Mikrokontroler... 34
Gambar 3.2 Rangkaian Reset Pada Mikrokontroler... 35
Gambar 3.3 Rangkaian Indikator ... 36
Gambar 3.4 Rangkaian Detektor Asap... 37
xiii
Gambar 3..5 Rangkaian Indikator Buzzer... 40
Gambar 3.6 Rangkaian Pembuka Kunci Pintu Elektrik ... 41
Gambar 3.7 Rangkaian Sensor Pengaman Jendela ... 42
Gambar 3.8 Koneksi MAX232, Mikrokontroler dan PC ... 44
Gambar 3.9 Diagram Alir... 48
Gambar 4.1 Karakteristik Komparator Hasil Pengukuran... 53
Gambar 4.2 Sudut Buka pada Sensor Pengaman Jendela... 55
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Bit Control dari Register PCON ... 23
Tabel 2.2 Pin-pin DB9 ... 27
Tabel 2.3 Tabel Mode serial dan Baud rate ... 30
Tabel 3.1 Kondisi Data Kirim ... 47
Tabel 4.1 Pengukuran Indikator LED ... 50
Tabel 4.2 Perancangan Indikator LED... 50
Tabel 4.3 Perancangan Indikator Buzzer ... 51
Tabel 4.4 Pengukuran Detektor Asap ... 52
Tabel 4.5 Hasil Pengukuran pada Sensor Pengaman Jendela ... 54
Tabel 4.6 Hasil Pengukuran Sudut Sensor Pengaman Jendela ... 54
Tabel 4.7 Pengukuran Jarak Pemasangan Sensor Pengaman Jendela... 55
Tabel 4.8 Pengukuran Pembuka Pintu Elektrik ... 56
xv
DAFTAR LAMPIRAN
A. Konstruksi ...L1 B. Rangkaian Lengkap Model Sistem Pengaman Rumah...L2 C. Listing Program ...L3 D. Data Sheet...L4
xvi INTISARI
Pada saat ini perkembangan dari sistem pengendali dengan menggunakan mikrokontroler pada bidang industri elektronika sangat pesat. Banyak perangkat elektronik yang menggunakan aplikasi mikrokontroler sebagai pengendalinya. Model sistem pengaman rumah merupakan satu dari sekian banyak perangkat yang menggunakan mikrokontroler sebagai pengendalinya. Model sistem pengman rumah dirancang untuk membantu dan memudahkan pengamanan rumah sehingga dapat mengurangi dan mendeteksi lebih dini bila terjadi pencurian dan kebakaran. Dalam penanggulangan masalah kebakaran banyak sekali ditemukan kesulitan-kesulitan seperti sukarnya menenukan sumber api yang menyala, sehingga api akan terus menjalar ke tempat lain dan kerugian pun semakin besar. Seperti pada sistem pendeteksi lebih dini bila terjadi pencurian, sehingga selain dapat menjaga keselamatan benda dan menjaga keselamatan jiwa.
Cara kerja detektor asap adalah dengan menggunakan efek reduksi cahaya pada rangkaian LDR, sehingga asap yang masuk ke dalam detektor asap maka mengurangi cahaya yang mengenai permukaan LDR. Sedangkan pada sensor pengaman jendela mengunakan sensor magnet, Reed switch yang dipasang pada bagian jendela. Sedangkan pembuka pintu elektrik menggunakan komponen solenoid yang masukannya terkendali lewat Bluetooth.
Pada pembuka pintu elektrik delay waktu 7 detik digunakan bagi penghuni rumah yang akan keluar atau masuk rumah. Pada percobaan detektor asap akan aktif saat tegangan referensinya lebih dari 1,42V. Sedangkan saat tegangan lebih kecil dari 1,42V maka detektor tidak akan mendeteksi adanya asap. Pada sensor pengaman jendela, sistem akan bekerja dengan baik saat sensor dipasang pada jarak maksimum 6 cm.
Kata kunci: mikrokontroler, sistem pengaman rumah
xvii ABSTRACT
The development of controlling system using microcontroller on industrial electronic is very rapid. Today there so many electronic applications using microcontroller as a controller device. House safety system model is one of devices in which using a microcontroller as the controller. House safety system model designed to assist and to make more simple in house safety so can detect robbery and fire earlier. In a fire handling, there’s many trouble found. Such as it hard to find the source of the fire, so the fire will spread to the other places. Like the fire detected system, on the house safety system also use to detect if there’s a robbery. So beside protect the house’s goods also it owner.
Smoke detector works using the light reduction effect on LDR circuit, so smokes that get in the smoke detector will reduce the light intensity which hit the LDR surface.
The window safety sensor used magnet sensor, Reed switch which placed on the window.
The electric door opening mechanism used solenoid that controlled by Bluetooth.
In Electric door opening mechanism time delay 7 second use for home occupant enters or exit. Smoke detector will be active when reference voltage over 1,42V. When reference voltage lower than 14,2V, smoke detector can not detected smokes. In window safety, the system will be work when the sensors are to sets at maximum distance of 6 cm.
Keyword: microcontroller, home security system
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Judul
Model sistem pengaman rumah pada rumah pintar berbasis mikrokontroler AT89S51.
1.2 Latar Belakang Masalah
Seiring dengan perkembangan teknologi yang terjadi, terutama dalam bidang elektronika, maka setiap manusia dituntut menciptakan perangkat yang dapat mempermudah dalam pekerjaan dan kehidupan sehari-hari. Setiap perangkat diciptakan sesuai dengan kebutuhan setiap manusia, ada yang bekerja dengan cepat, efisien, otomatis, praktis dan sebagainya. Dengan tuntutan yang demikian maka dibuatlah sistem perangkat yang mampu menggantikan peran manusia dalam kehidupan sehari-hari.
Rumah pintar merupakan salah satu aplikasi dari kemajuan teknologi saat ini. Pada saat ini rumah telah mulai dilengkapi dengan sistem pengaman, sistem penerangan, dan semua sistem yang dapat terkendali dengan mudah. Oleh karena itu kini telah dikembangkan sebuah rumah yang hampir semua fasilitas rumah telah terkendali lewat sistem.
Rumah bagi kita adalah merupakan tempat berlindung dari keadaan yang terjadi di luar rumah seperti perubahan cuaca (panas, dingin, hujan), gangguan binatang buas ataupun manusia lain yang dapat mengancam keselamatan kita. Jika kita mempunyai pekerjaan yang padat maka terkadang kita kurang peduli dengan kondisi rumah. Tentu saja hal ini dapat merugikan bila terjadi sesuatu hal yang
2
tidak diinginkan oleh kita, seperti kebakaran ataupun pencurian. Untuk menghindari hal tersebut maka perlu dibuat perangkat yang dapat mengawasi dan mengontrol segala sesuatu yang tejadi di dalam atau sekitar rumah.
Sistem pengaman rumah ini terdiri dari peralatan pendukung keamanan seperti detektor asap dan sensor pengaman jendela serta sebuah pembuka kunci pintu elektronik. Detektor asap ini dibuat untuk membantu dan mempermudah dalam pengamanan rumah sehingga dapat mengurangi dan mendeteksi lebih dini bila terjadi kebakaran. Kebakaran merupakan suatu bencana yang sangat merugikan. Dalam penanggulangan masalah kebakaran banyak sekali ditemukan kesulitan-kesulitan seperti sukarnya ditemukan sumber api yang menyala, sehingga api akan terus menjalar ke tempat lain dan kerugian pun akan semakin besar. Untuk mengantisipasi hal tersebut diperlukan suatu perangkat yang mampu mendeteksi api secara dini dan memperkecil kemungkinan meluasnya api ke ruangan lain sehingga keadaan akan menjadi lebih mudah dikendalikan.
Dalam memudahkan pengawasan dan penjagaan keamanan rumah dari bahaya pencurian difokuskan pada bagian jendela, ini dikarenakan jendela merupakan bagian rumah yang mudah sekali dibuka oleh pencuri. Seperti pada sistem pendeteksian adanya kebakaran pada sensor pengaman jendela juga berfungsi untuk mendeteksi lebih dini bila terjadi pencurian, sehingga selain dapat menjaga keselamatan benda juga dapat menjaga menjaga keselamatan jiwa.
Aplikasi tambahan pada sistem pengaman rumah adalah pemasangan sebuah pembuka kunci pintu secara elektronik. Ini berfungsi untuk memudahkan pemilik rumah untuk membuka pintu secara jarak jauh. Sehingga penghuni tinggal masuk ke rumah tanpa harus kebinggungan mencari kunci pintu.
3
Dalam pembuatannya sistem pengaman rumah dapat menggunakan bermacam-macam teknik, misalnya dengan metode digital, dengan menggunakan rangkaian analog, dengan mikrokontroler, dan sebagainya. Untuk penelitian ini menggunakan mikrokontroler dikarenakan mudah dalam pengoperasiannya, lebih praktis dan sesuai dengan perkembangan teknologi.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk membuat suatu sistem pengaman rumah. Tujuan dari penulisan ini adalah sebagai berikut:
1. Mengaplikasikan ilmu-ilmu yang telah diperoleh selama kuliah.
2. Mengaplikasikan dan mengembangkan pemrograman mikrokontroler AT89S51 untuk kehidupan sehari-hari.
3. Menambah pengetahuan penulis mengenai mikrokontroler AT89S51.
1.4 Manfaat Penelitian
Dengan dilaksanakannya penelitian ini maka diharapkan dapat memberikan pengetahuan mengenai prinsip dasar dari mikrokontroler. Sistem pengaman rumah pada rumah pintar berbasis mikrokontroler AT89S51 untuk membantu dan mengatisipasi dalam menjaga keamanan rumah dari bahaya. Dan membantu mendeteksi lebih dini bila keamanan dan bahaya mengancam rumah.
1.5 Batasan Masalah
Pada penulisan tugas akhir mengenai pemodelan sistem pengaman rumah pada rumah pintar berbasis mikrokontroler AT89S51 dibuat batasan masalah yang terdiri dari:
1. Sistem terdiri dari detektor asap dan sensor pengaman jendela.
4
2. Sistem mempunyai indikator sensor yang berupa dua buah LED dan sebuah buzzer alarm.
3. Sebuah solenoid berfungsi sebagai pembuka kunci pintu rumah.
4. Sebuah saklar push off yang berfungsi mematikan buzzer alarm.
5. Untuk pengiriman datanya menggunakan komunikasi serial.
6. Sensor pengaman jendela dipasang pada setiap jendela yang berjumlah empat.
7. Pada penelitian ini pengujian sistem pengaman kebakaran dan pengait pintu elektronik disimulasikan diluar rumah pintar.
Dalam penyusunan laporan tugas akhir ini penulis membatasi persoalan pada pembahasan masalah mengenai prinsip kerja mikrokontroler AT89S51 sebagai pengendali rangkaian, transistor sebagai saklar penguat, rangkaian pembanding tegangan, LED, dan beberapa komponen pendukung pada sistem pengaman rumah pada rumah pintar berbasis mikrokontroler AT89S51.
Perancangan sistem yang dikerjakan merupakan suatu untai peraga, sehingga digunakan suatu komponen yang murah dan mudah didapatkan di pasaran. Pada karya tulis ini, teori pendukung sistem akan dibahas mengenai komponen pendukung dalam perancangan penelitian. Bahasan yang lebih mendalam akan diberikan kepada hal-hal yang terkait langsung dengan perangkat keras
1.6 Metodologi Penelitian
Untuk dapat merencanakan dan membuat peralatan sistem ini, maka penulis membutuhkan masukan serta referensi yang diperlukan melalui langkah- langkah sebagai berikut:
5
1. Mencari dan mempelajari literatur tentang permasalahan yang ada, cara kerja dan sekaligus cara-cara merencanakan dalam membuat peralatan.
2. Perancangan peralatan menggunakan teori yang ada untuk mendapatkan karakteristik yang sesuai dengan spesifikasi yang ditentukan.
3. Pembuatan peralatan untuk setiap bagian sistem sesuai dengan fungsi masing-masing dan diuji kesesuaiannya dengan yang dikehendaki. Bagian tersebut selanjutnya disusun sebagai suatu sistem.
4. Pengukuran dan pengambilan data dari percobaan sistem pada saat pengujian.
1.7 Sistematika Penulisan
Pembahasan secara keseluruhan dari tugas akhir ini dibagi menjadi empat bab, yaitu:
BAB I Pendahuluan yang berisi judul, latar belakang masalah, tujuan, manfaat, batasan masalah, metodologi penelitian dan sistematika penulisan.
BAB II Dasar teori, berisi diagram kotak dari sistem pengaman rumah pada rumah pintar, disertai dengan teori mikrokontroler AT89S51, dan pendukung lainnya yang digunakan.
BAB III Perancangan yaitu perancangan perangkat keras dari alat pengaman rumah dan perancangan perangkat lunak, yang terdiri perhitungan dan diagram alir pada sistem pengaman rumah.
BAB IV Hasil pengujian dan pengukuran yang dilakukan dan pembahasan dari hasil pengujian tersebut.
BAB V Kesimpulan dan saran.
BAB II DASAR TEORI
Pada bab ini akan diterangkan mengenai dasar-dasar teori yang digunakan dalam penyelesaian tugas akhir. Sistem pengaman rumah dengan menggunakan mikrokontroler AT89S51 sebagai pengendalinya. Sedangkan pada masukan terdiri dari dua buah sensor yang terdiri dari detektor asap dan sensor pengaman jendela.
Sedangkan keluaran terdiri dua buah LED sebagai indikator sensor, sebuah buzzer sebagai indikator sensor aktif, dan sebuah solenoid digunakan sebagai kunci pintu.
Sistem pengaman rumah dirancang oleh penulis dalam tugas akhir ini meliputi beberapa blok. Sebelum dibahas mengenai dasar teori, pada gambar 2.1 ditunjukan gambaran secara umum diagram blok.
Gambar 2.1 Diagram Blok Sistem Pengaman Rumah Keterangan diagram blok:
1. Sensor akan menghasilkan nilai yang akan diukur sebagai masukan yang berupa sinyal yang akan diteruskan ke mikrokontroler. Sensor pada tugas
7
akhir ini terdiri dua buah sensor yaitu detektor asap dan sensor pengaman jendela rumah.
2. Mikrokontroler digunakan sebagai pengendali sistem pengaman rumah.
3. Buzzer sebagai keluaran dari sistem ini. Sinyal keluaran digunakan sebagai pendeteksi bahwa rumah dalam keadaan aman.
4. Indikator lampu dari sistem pengaman rumah ini menggunakan LED.
LED1 untuk indikator detector asap mendeteksi asap. Saat sensor asap mendeteksi adanya asap maka LED akan menyala, sedangkan LED2 sebagai indikator sensor pengaman jendela yang menggunakan Reed switch.
5. Solenoid sebagai keluaran untuk kendali pintu utama yang berfungsi sebagai pembuka kunci pintu elektronik.
6. Sebagai penghubung sistem pengaman rumah dan sistem–sistem lain dengan komputer pada rumah pintar menggunakan RS232.
2.1 Sensor
Sensor adalah alat yang digunakan untuk mendeteksi dan sering berfungsi untuk mengukur magnitude sesuatu [1]. Sensor adalah jenis transduser yang digunakan untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan atau arus listrik. Sensor biasanya dikategorikan melalui pengukuran. Sensor memberikan ekivalen mata, pendengaran, hidung, lidah, untuk menjadikan otak mikroprosesor dari sistem pada dunia industri.
2.1.1 LDR (Light Dependent Resistor)
Sensor Sinar terdiri dari 3 kategori. Fotovoltaic atau sel solar adalah alat sensor sinar yang mengubah energi sinar langsung menjadi energi listrik, dengan
8
adanya cahaya akan menyebabkan pergerakan elektron dan menghasilkan tegangan [9]. Demikian pula dengan fotokonduktif atau fotoresistif yang akan memberikan perubahan resistansi pada sel-selnya, semakin tinggi intensitas cahaya yang terima, maka akan semakin kecil pula nilai resistansinya. Sedangkan fotolistrik adalah sensor yang berprinsip kerja berdasarkan pantulan karena perubahan posisi atau jarak suatu sumber sinar (infra merah atau laser) ataupun target pemantulnya, yang terdiri dari pasangan sumber cahaya dan penerima. LDR merupakan salah satu jenis transduser yang mampu mengkonversi perubahan resistansi ke dalam bentuk sinyal listrik. Rangkaian sensor pada tugas akhir yang dibuat ini menggunakan lampu sebagai pemancar (transmitter) dan LDR sebagai penerima (receiver).
Gambar 2.2 Salah Satu Bentuk CDS photocell
LDR (Light Dependent Resistor) disebut juga photocondusive cells. LDR terbuat dari bahan Cadmium sulfide (cds) yaitu bahan semikonduktor yang resistansi dapat berubah-ubah. Jenis CDS (Cadmium Sulfide Photocell) resistor ini perubahan nilainya tergantung pada banyaknya cahaya yang mengenai permukaannya. Banyak sekali tipe dari komponen ini tergantung pada sensitivitas cahaya, ukuran, nilai resistansi. Pada gambar 2.2 merupakan salah satu contoh
9
bentuk CDS photocell. CDS ini mempunyai diameter 8 mm, tinggi 4 mm, dengan bentuk silinder. LDR adalah sensor yang peka terhadap cahaya. Bila intensitas cahaya yang mengenai permukaan LDR bertambah maka nilai resistansi dari LDR akan berkurang, dan apabila intensitas cahaya yang mengenai permukaannya sedikit maka nilai resistansinya akan besar.
Pada kondisi ruangan yang terang nilai resistansinya adalah 9 Kilo ohm, sedangkan saat kondisi ruangan gelap maka nilai resistansi menjadi 1M ohm. Jadi nilai resistansi dari LDR akan berbanding terbalik terhadap intensitas cahaya yang mengenai permukaannya. Kurva hubungan antara nilai resistansi LDR terhadap intensitas cahaya dapat dilihat pada gambar 2.3.
Gambar 2.3 Kurva antara Resistansi dengan Intensitas Cahaya [13]
Perubahan resistansi ini dipakai untuk menghasilkan perubahan tegangan pada sistem instrumentasi apabila LDR menerima banyak cahaya maka resistansinya akan berkurang. Pada pemasangan LDR seperti pada pemasangan resistor dalam suatu rangkaian. Bila LDR dipasang seri maka nilai resistansinya akan menjadi lebih besar. Kekurangan pada penggunaan LDR adalah lambatnya
10
mengubah tahanan walaupun sudah menerima intensitas cahaya yang berubah.
Biasanya LDR digunakan sebagai sensor otomatis pada rangkaian yang berhubungan dengan intensitas cahaya sehingga tidak perlu mengontrolnya secara manual.
Gambar 2.4 Bentuk Sebuah LDR
2.1.2 Reed switch
Reed switch atau sering disebut relai buluh terdiri dari dua buah plat kontak yang tertutup kedap udara (hermetis) pada tabung gelas yang diisi dengan gas pelindung [8]. Pada saat magnet permanen didekatkan pada tabung, maka ujung-ujung tab kontak akan saling menarik satu sama lain dan akan terjadi kontak.
Gambar 2.5 Bentuk Sebuah reed switch
Karena magnet permanen digerakan lebih jauh, ujung-ujung tab kontak dihilangkan kemagnetannya dan kembali pada posisi aslinya. Pada sistem kerjanya menyerupai saklar yang diaktifkan oleh magnet. Reed switch dilindungi tabung agar bebas dari kelembaban. Oleh karena itu kontak saklar dibuat tertutup agar kontak tidak terpengaruh oleh debu, air, asap atau uap sehingga dapat dipakai lebih lama.
11
Pengaktif reed switch yang paling umum adalah mengunakan magnet permanen namun dapat digunakan magnet induksi.
2.1.3 LED ( Light Emitting Diode)
LED adalah singkatan dari Light Emiting Dioda, merupakan komponen yang dapat mengeluarkan emisi cahaya [10]. LED dibuat agar lebih efisien jika mengeluarkan cahaya. Untuk mendapatkan emisi cahaya pada semikonduktor, doping yang pakai adalah galium, arsenic dan phosporus. Jenis doping yang berbeda menghasilkan warna cahaya yang berbeda pula.
Gambar 2.6 Simbol LED
Pada saat ini warna-warna cahaya LED yang banyak ada adalah warna merah, kuning, hijau, biru, jingga, infra merah dan beberapa kombinasi warna tersebut. Dalam memilih LED selain warna, perlu diperhatikan tegangan kerja, arus maksimum dan disipasi daya. Rumah (chasing) LED dan bentuknya juga bermacam-macam, ada yang persegi empat, bulat dan lonjong. Pada dioda biasa, energi dikeluarkan dalam bentuk panas. Tetapi pada dioda pemancar cahaya (LED), energi memancar sebagai cahaya. LED telah menggantikan lampu-lampu pijar dalam beberapa pemakaian karena tegangannya yang rendah, umurnya yang panjang dan switch mati-hidupnya yang cepat.
2.1.4 Buzzer
Buzzer merupakan suatu perangkat pendengung piezoelectric yang dapat dihubungkan langsung dengan rangkaian arus searah (DC) tanpa memerlukan
12
rangkaian penguat khusus [11]. Frekuensi yang dihasilkan oleh buzzer maksimal sebesar 4, 4 KHz. Gambar simbol buzzer ditunjukkan pada gambar 2.7.
BUZZER
Gambar 2.7 Simbol Buzzer
2.1.5 Solenoid
Solenoid merupakan salah satu jenis perangkat elektromagnetik yang inti besi dapat bergerak yang disebut plunger [12]. Pergerakan inti besi tergantung pada medan magnet dan gaya mekanik pegas. Struktur dasar solenoid dapat dilihat pada gambar 2.8. Solenoid terdiri dari besi yang tertutupi oleh lilitan (coil form) silindris yang terbuat dari kawat yang berbentuk lubang. Sebuah inti besi tetap (stationary core) yang dapat berubah-ubah posisi dan inti besi yang berbentuk pegas (plunger).
Prinsip kerja solenoid seperti pada gambar 2.9 saat tidak mendapat daya dan saat mendapat daya. Saat tidak mendapat daya, maka bagian plunger akan memanjang. Sedangkan saat solenoid diberi masukan oleh arus yang mengalir lewat coil, maka akan terjadi medan electromagnet yamg akan menginduksi kedua buah inti besi (stationary core dan plunger). Kutub selatan dari stationary core akan menarik kutub utara dan mengakibatkan pegas merapat.
Setelah arus listrik pada kumparan hilang, maka tidak terjadi medan magnet pada kumparan maka batang besi akan bergerak maju karena gaya pegas.
13
Gambar 2.8 Konstruksi Solenoid
Gambar 2.9 Cara Kerja Solenoid
14
2.2 Transistor Sebagai Saklar
Transistor sebagai saklar merupakan transistor yang dimanfaatkan dengan melihat tegangan masukan sehingga terjadi perubahan yang mengakibatkan IB
yang berubah–ubah, maka perubahan ini mengakibatkan transistor menjadi aktif dan tidak aktif. Sehingga IC menjadi mengikuti perubahan dari IB, dan mengakibatkan perubahan pula yang sangat drastis.
Perancangan perangkat keras diawali dengan penentuan arus pada kaki kolektor transistor [2]. Arus pada kolektor ditentukan oleh:
B
C I
I =β×
Sedangkan arus basis dapat ditentukan dengan cara:
E B
BE IN
B R R
V I V
) 1 ( + +
= −
β
Sedangkan arus emiter sendiri dapat ditentukan dengan cara:
B C
E I I
I = +
Nilai arus IC dapat ditentukan dengan mengambil nilai dari arus dari lampu yang dipakai.
Maka nilai arus yang mengalir pada basis sebesar.
β
C B
I = I
Setelah mendapatkan nilai arus basis, maka nilai dari resistansi dari RB
dapat dicari,yaitu dengan.
B BE IN
B I
V
R V −
=
Dari persamaan loop maka dapat diketahui bahwa nilai resistansi RC
adalah sebesar.
15
0
=
−
−
− C C LED CE
CC I R V V
V
C CE LED CC
C I
V V
R V − −
=
Dengan demikian untuk menentukan garis beban jika IC =0, maka diketahui bahwa VCE (Sat), adalah.
VCE = VCC-VLED
Untuk itu maka nilai arus kolektor pada saat saturasi didapat dengan VCE = 0, adalah.
C LED CC
C R
V
I V −
=
Kuat arus ditentukan dengan mengatur nilaiRC, yaitu dengan persamaan:
Ic Rc = Vcc
Berdasarkan arus kolektor dapat ditentukan arus basis jenuh, yaitu besar arus basis yang menjadi batas kerja transistor.
Ic IB_Saturasi =Vcc
Dalam hal ini transistor berfungsi sebagai saklar. Jika pada basis diberi arus lebih besar dari arus basis jenuh. Maka transistor akan berada dalam keadaan ON, sebaliknya saat arus basis lebih kecil atau sama dengan arus basis jenuh maka transistor akan OFF.
2.3 Pembanding Tegangan
Sebuah pembanding berfungsi untuk membandingkan tegangan input pada satu masukan dengan suatu tegangan acuan pada masukan yang lainnya [2]. Atau pembanding tegangan akan membandingkan tegangan sebuah masukan dengan
16
tegangan masukan lainnya. Rangkaian pembanding sederhana dapat dibuat dengan sebuah Op-Amp tanpa hambatan umpan balik. Gambar 2.10 menunjukkan rangkaian pembanding tegangan sederhana. Bila masukan membalik (inverting) dihubungkan dengan tanah, maka jika ada tegangan masukan pada kaki masukan tak membalik (non-inverting) yang kecil sudah cukup membuat Op-Amp jadi jenuh. Hal ini disebabkan oleh tegangan pada simpul terbuka AOL (gain) sangat besar, biasanya diatas 100.000. Dalam konfigurasi yang paling sederhana model loop terbuka, adanya sedikit perbedaan tegangan diantara kedua masukan akan mengayunkan Op-Amp dalam keadaan saturasi. Pada saat tegangan masukan V1 lebih rendah besar dari tegangan masukan V2, maka tegangan keluaran (Vout) sebesar (+) Vsaturasi. Sedangkan saat tegangan masukan V1 lebih tinggi dari tegangan masukaan V2, maka tegangan keluaran sebesar (–) Vsaturasi. Gambar 2.11 menunjukkan titik kerja rangkaian pembanding tegangan.
Gambar 2.10 Rangkaian Pembanding Tegangan
Arah saturasi keluaran ditentukan oleh polaritas sinyal masukan. Bila teganagan masukan membalik lebih besar dibandingkan tegangan masukan tidak membalik, maka keluaran akan berayun menuju ground. Sebaliknya, bila tegangan masukan membalik lebih kecil dibandingkan tegangan masukan tidak membalik maka keluaran akan berayun menuju saturasi positif.
17
Gambar 2.11 Titik Kerja Rangkaian Pembanding Tegangan
2.4 Mikrokontroler AT89S51
Gambar 2.12 Konfigurasi Pin Mikrokontroler AT89S51
Mikrokontroler atau mikroprosesor adalah suatu piranti yang digunakan untuk pengolahan data-data biner (digital) yang berisi gabungan dari rangkaian- rangkaian elektronik yang dikemas dalam bentuk suatu chip IC. Mikrokontroler AT89S51 merupakan keluarga mikrokontroler 8051 yang pertama kali dikeluarkan oleh Intel, sedangkan AT89S51 sendiri merupakan salah satu buatan dari atmel. Atmel sendiri merupakan pabrik pembuatan IC yang sangat menguasai
18
teknologi dalam pembuatan FPEROM (Flash programmable and Erasable Read Only Memory).
Gambar 2.13 Blok Diagram Mikrokontroler AT89S51
FPEROM adalah (Read Only Memory) yang dapat dihapus dan ditulis kembali dengan teknologi flash. Kelebihan flash ini adalah mikrokontroler dapat menyimpan program secara internal, tidak membutuhkan ROM eksternal.
Program dapat langsung ditulis menimpa program sudah terdapat pada mikrokontroler apabila program akan diganti. Mikrokontroler menjadi sederhana, murah dan pemakaiannya menjadi cepat. Mikrokontroler AT89S51 yang dipakai memiliki 4 kBytes Flash Progammable and Erasable Read Only Memory
19
(FPEROM), 128 Bytes RAM (Random Access Memory), 32 jalur I/O (input/output), dan dua 16-bit timers /counters.
2.4.1 Memori Mikrokontroler
Mikrokontroler memiliki memori program dan memori data yang terpisah.
Program diletakkan pada memori ROM (Read Only Memory) sedangkan data diletakkan pada RAM (Random Acces Memory).
2.4.2 Memori Program
Program mikrokontroler disimpan dalam memori ROM. Memori ROM merupakan memori yang hanya dapat dibaca. Isi dari ROM tidak akan berubah walau mikrokontroler kehilangan catu daya (volatile memory). ROM yang dipakai adalah FPEROM.
Mikrokontroler dapat mencapai 64 kB, terdiri dari memori internal dan eksternal. Memori internal dalam mikrokontroler sebesar 4 kB.
2.4.3 Memori Data
Memori data menggunakan memori jenis RAM (Random Acces Memory).
RAM merupakan memori yang dapat dibaca dan ditulisi. RAM dipakai sebagai penyimpan data pada saat program bekerja. RAM bersifat non volatile memory.
Mikrokontroler AT89S51 dapat memiliki memori data internal 255 Bytes dan bisa diperbesar dengan memori eksternal sampai dengan terdiri dari 4 kB memori internal dan 60 kB memori eksternal.
Memori internal mempunyai alamat dari 00h sampai FFh, terbagi menjadi dua bagian, yaitu alamat 00h sampai 7Fh seperti RAM selayaknya, sedangkan memori 80h sampai FFh dipakai sebagai SFR (Special Function Register).
Dengan demikian hanya setengah dari jumlah memori yang dapat digunakan.
20
Memori data 00h sampai 7Fh bisa dipakai sebagai memori penyimpan data biasa, dibagi menjadi 3 bagian:
1. Bank register terdiri dari 4 bank register. Masing-masing terdiri dari 8 register yang disebut R0 sampai dengan R7. Pada suatu saat hanya dapat digunakan 1 buah bank register.
2. Memori yang dapat dialamati secara bit, yaitu antara 20h sampai 2Fh.
Pada daerah ini dapat dialamati secara byte (20h – 2Fh) atau dialamati secara bit (00h - 7Fh).
3. Register Serba Guna (Multi Function Register). Memori 30h sampai 7Fh merupakan memori data biasa.
Register Fungsi Khusus menempati memori antara 80 sampai dengan FF digunakan untuk alamat register-register khusus.
2.4.4 Special Function Register ( SFR)
SFR adalah bagian dari RAM yang dipakai untuk mengatur perilaku mikrokontroler yang berisi register dasar, register data input atau output, dan register status. Register dasar diperlukan untuk menulis program. Register data input atau output berguna untuk menyimpan data pada port tertentu. Register status berguna mengatur kerja timer (TCON), serial control (SCON), dan interrupt (IE dan IP).
1. Akumulator (A)
Sesuai dengan namanya accumulate yang artinya menampung.
Register ini memiliki alamat 0E0h, register A berfungsi untuk menampung data yang dapat dialamati per bit (bit addressable).
21
2. Stack Pointer Register (SP)
Register yang memiliki alamat 081h yang nilainya ditambah satu (increaament) sebelum data disimpan dengan perintah PUSH ataupun CALL. Stack Pointer memiliki nilai 07h setelah proses RESET dan POWER ON, dengan demikian stack akan berawal dari alamat 080h.
Namun posisi stack bias saja dari RAM internal.
3. Program Status Word (PSW)
Merupakan register 8 bit yang terdiri atas bit CY, AC, FO, RS0, RS1, OV, dan P. Register ini memiliki alamat 0D0h, bit addressable.
Biasa ditulis dengan kode PSW Bit ke 1 tidak digunakan. Fungsi-fungsi bit dalam register ini adalah:
bit Bit Bit bit Bit bit bit bit
CY AC FO RS RS OV - P
Gambar 2.14 Program Status Word (PSW) CY : carry setelah operasi aritmatika
AC : auxiliary carry setelah operasi aritmatika FO : flag untuk fungsi umum
RS1, RS2 : untuk memilih bank register OV : overflow setelah operasi aritmatika
P : paritas
4. Register Timer
Yaitu register-register 16 bit yang merupakan isi dari timer atau counter 0, 1, dan 2. Timer atau counter 1 memiliki register TH1 pada 8DH
22
dan TL1 pada 8BH, timer atau counter 0 registernya TL0 pada 8CH dan TH0 pada 84H.
5. Register Interupsi
Mikrokontroller ini memiliki 5 buah interupsi dengan dua level prioritas interupsi, interupsi secara otomatis akan dimatikan bila sistem direset. Register yang behubungan dengan interupsi adalah Interrupt Enable Register (IE) pada alamat A8H dan Interupsi Priority Register (IP) pada alamat B8H.
6. Data Pointer Register (DPTR)
Register ini adalah register 16 bit yang terdiri dari dua register 8 bit yaitu DPL (address:082h) dan DPH (address: 083h). DPTR digunakan untuk menunjuk address memory16 bit yang akan diakses misalnya oleh instruksi MOVX A, @DPTR.
7. Register SCON (Serial Port Control)
Register ini memiliki address 098h untuk mengontrol serial port 8. Register TMOD (Timer/ Counter mode)
Register yang memiliki address 089h berfungsi untuk mengontrol mode timer 1 dan timer 0.
9. Register TCON (Timer Counter Control)
Register yang memiliki address 088h berfungsi untuk mengontrol fungsi timer 1 dan timer 0 , mengatur respon mikrokontroler ini terhadap level tegangan pada input external interrupt, serta memberikan tanda flag jika telah ada sinyal external interrupt.
23
10. Register B
Register 8 bit yang tugasnya membantu akumulator. Register ini memiliki alamat 0F0h, bit addressable. Biasa ditulis dengan kode B.
digunakan pada proses perkalian dan pembagian.
11. Register PCON (Power Control)
Register ini memiliki alamat 087h, dengan bit control sebagai berikut:
Tabel 2.1 Bit Control dari Register PCON
Simbol Posisi Nama
SMOD PCON.7 Double baud rate rate bit GF1 PCON.3 General purpose flag
1
GF2 PCON.2 General purpose flag 2
PD PCON.1 Power Down mode IDL PCON.0 Idle mode
2.4.5 Port I/O Serial
Port I/O serial yang dimiliki mikrokontroler ini memiliki karakteristik full duplex (dapat menerima sekaligus mengirimkan data secara simultan), dan receive-buffered (dapat memulai penerimaan data yang kedua sebelum data pertama dibaca dari register pembacaan. Port serial dapat bekerja pada 4 mode.
24
1. Mode 0
Pada mode ini data serial diterima dan dikirim lewat pin RXD, sedangkan pin TXD berfungsi untuk mengirimkan shift clock. Data yang diterima dan dikirmkan adalah selebar 8 bit dengan bit terendah dikirimkan atau diterima untuk pertama kali. Kecepatan pengiriman (baud rate) adalah tetap sebesar 1/12 frekuensi osilator.
2. Mode1
Pada mode ini data 8 bit dikirim atau diterima dengan 2 bit tambahan, dengan urutan start bit (logika 0), 8 bit data (dengan bit terendah di depan), dan 1 stop bit (logika 1). Pada saat peneriaan, stop bit masuk pada bit RB8 pada register SCON.
3. Mode 2
Pada mode ini data 8 bit dikirim/diterima dengan 3 bit tambahan dengan urutan start bit (logika 0), 8 bit data, 1 bit tambahan yang dapat diprogram, dan 1 stop bit (logika1). Bit yang dapat diprogram adalah bit yang terdapat pada bit TB8 pada register SCON. Pada saat penerimaan, bit yang dapat diprogram masuk pada bit RB8 pada register SCON. Baud rate pada mode ini adalah 1/32 atau 1/64 frekuensi osilator.
4. Mode 3
Pada mode ini data 8 bit dikirim atau diterima dengan 3 bit tambahan dengan urutan start bit (logika 0), 8 bit data (dengan bit terendah di depan), 1 bit tambahan yang dapat diprogram, dan 1 stop bit (logika 1).
Mode ini persis sama dengan mode 2 kecuali baud ratenya yang variable.
25
Pengiriman data pada port serial dapat dilakukan dengan cara menuliskan data tersebut ke register SBUF. Penerimaan data serial adalah melalui pembacaan register SBUF.
2.4.6 Komunikasi Serial Pada AT89S51
Pada port serial AT89S51 mempunyai 4 macam mode kerja. Mode 0, mode 1, mode 2 dan mode 3. Mode 0 bekerja secara sinkron, sedangkan mode lainnya bekerja secara asinkron. Pada perancangan ini digunakan mode 1. Pada mode ini data dikirim melalui kaki P 3.1 (TXD) dan diterima melalui kaki P3.0 (RXD), secara asinkron. Pada mode 1 data dikirim atau diterima 10 bit sekaligus, diawali dengan 1 bit start, disusul dengan 8 bit data yang dimulai dari bit yang bobotnya paling kecil ( bit 0), diakhiri dengan 1 bit stop. Pada AT89S51 yang berfungsi sebagai penerima bit stop adalah RB8 dalam register SCON. Kecepatan pengiriman (baud rate) dapat diatur sesuai keperluan. Pada mode 1, 2 dan 3 port serial AT89S51 bekerja secara fullduplex.
Register control dan status untuk port serial berada dalam SCON. Register ini mengandung bit-bit pemilihan mode kerja port serial, bit data ke-9 pengiriman dan penerimaan (TB8 dan RB8) secara bit–bit interupsi port serial (TI dan RI ) seperti ditunjukan pada gambar 2.15.
Bit SM0 dan SM1 digunakan untuk menentukan mode kerja, pada peracangan digunakan mode 1, sehingga SM0 = 0 dan SM1 = 1. Bit REN (bit 4) digunakan untuk mengaktifkan kemampuan port serial untuk menerima data.
Pada mode 0 kaki RXD (P3.0) dipakai untuk mengirim data serial dan juga untuk menerima data serial. Sifat ini terbawa pada port serial untuk mengirim data, agar
26
kaki RXD bisa dipakai untuk menerima data, terlebih dahulu harus dibuat REN =
‘1’, setelah reset REN =’0’.
Gambar 2.15 Susunan Bit Dalam Register SCON
Pada mode 1, RB8 dipakai untuk menampung bit stop yang diterima, dengan demikian apabila RB8 bernilai ‘1’ maka data diterima dengan benar, sebaliknya bila RB8 bernilai ‘0’ berarti terjadi kesalahan frame. Kalau bit SM2 (bit 2) bernilai ‘1’ pada mode 1, jika terjadi kesalahan frame, RI tidak akan menjadi ‘1’ (aktif) meskipun SBUF sudah berisi data dari port serial (bit stop diterima dengan benar).
2.5 Komunikasi Serial dengan RS232 dengan 9 Pin
RS232C yang merupakan kabel serial dapat digunakan untuk komunikasi data [5]. Komunikasi data ini bisa antara dua komputer, maupun antara komputer dengan peralatan lain, ada dua jenis RS232C, yaitu 25 pin dan 9 pin. Gambar RS232C dengan 9 pin dapat dilihat pada gambar 2.16. Pada penulisan ini, untuk antarmuka antara pengendali (mikrokontroler) dan komputer digunakan serial port atau communication port (COM). Komunikasi serial merupakan komunikasi asinkron, yaitu bahwa antara penerima dan pengirim data, tidak ada sikronisasi berupa clock. Sehingga mengharuskan ada penyesuaian kecepatan transfer data.
Kecepatan data tersebut disebut baud rate. Terminal serial port pada computer menggunakan DB-9 male.
27
CONNECTOR DB9
5
9
4
8
3
7
2
6
1
Gambar 2.16 RS232 dengan 9 Pin
Informasi mengenai pin-pin DB9 dapat dilihat pada tabel 2.2 berikut:
Tabel 2.2 Pin-pin DB9
No.Pin Nama Pin
1 Carrier Detect
2 Receive Data (RD)
3 Transmitted Data (TD) 4 Data Terminal Ready (DRT) 5 Signal Ground (GND) 6 Data Set Ready (DSR) 7 Request to Send (RTS) 8 Clear to Send (CTS)
9 Ring Indicator
Pin-pin tersebut dapat dibagi menjadi tiga kelompok fungsi yaitu:
1. Data Signals (Pin : 2,3) 1.1 Transimited Data (TD)
Ditujukan pada penerima dan data dibangkitkan oleh pengirim.
1.2 Receive Data (RD)
Ditujukan pada pengirim dan data diterima oleh penerima.
28
2. Control Signals (Pin: 1,4,6,7,8,9) 2.1 Request to Send (RTS)
Ditujukan pada penerima, dan pengirim menegaskan bahwa akan mengirim data pada penerima.
2.2 Clear to Send (CTS)
Ditujukan pada pengirim, dan penerima siap untuk merima, yang merupakan tanggapan dari RTS.
2.3 Data Set Ready (DSR)
Ditujukan pada pengirim, dan penerima siap untuk operasi.
2.4 Data Terminal Ready (DTR)
Ditujukan pada penerima, dan pengirim siap untuk beroperasi.
2.5 Ring Indicator (RI)
Ditujukan pada pengirim, yang menandakan bahwa penerima menerima sinyal dering pada kanal komunikasi.
2.6 Carrier Detect (CD)
Ditujukan pada pengirim, yang menandakan bahwa penerima menerima sinyal carrier.
3. Ground (Pin:5)
Merupakan titik nol (ground) yang selanjutnya akan dihubungkan dengan ground bersama pada catu daya yang digunakan.
Hampir semua alat digital yang digunakan memerlukan salah satu dari level logika TTL atau CMOS. Untuk itu diperlukan suatu RS232 level converter yang berguna mengubah level RS232 ke bentuk tegangan 0 V dan 5 V. Salah satu
29
bentuk lain dari RS232 level converter adalah MAX232. IC ini mempunyai 4 buah inverter, yaitu 2 inverter untuk mengubah level logika TTL/CMOS ke level logika RS232 dan dua inverter untuk mengubah level logika RS232 ke level logika TTL/CMOS
Gambar 2.17 Skematik IC MAX 232
2.6 Pengaturan Baud Rate Serial
Baud rate adalah kecepatan transmisi data serial. Berupa banyaknya transisi logika pada saluran data serial setiap detik. Semakin besar nilai baud rate, maka semakin cepat proses pengiriman dan penerimaan data serial.
Pada mode 0, baud rate adalah tetap sebesar 1/12 frekuensi osilator. Bit SMOD pada register PCON menentukan baud rate pada mode 2. Untuk SMOD=1 baud rate adalah 1/32 frekuensi osilator, dan jika SMOD=0 maka baud rate adalah 1/64 frekuensi osilator. Baud rate untuk mode1 dan 3 ditentukan oleh kecepatan overflow pada Timer 1.
Baud rate untuk mode 1 dan 3 ditentukan oleh persamaan:
30
)]
1 256 [(
12 32 3 2
&
1
_ TH
Mode fosc Baudrate
SMOD
−
× ×
=
Konfigurasi timer 1 yang diperlukan untuk menjalani fungsi adalah:
1. Timer dijalankan pada operasi “timer” atau “counter”, dengan mode 1, 2 dan 3.
2. Timers 1 interrupt dibuat tidak bekerja (Disable).
Baud rate dari port serial AT89S51 dapat diatur pada mode 1 dan mode 3, namun pada mode 0 dan mode 2, baud rate tersebut mempunyai kecepatan yang permanen yaitu untuk mode 0 adalah 1/12 frekuensi osilator dan mode 2 adalah 1/64 frekuensi osilator.
Baud rate =
k TH fosc
×
−
×(256 1) 12
Tabel 2.3 Tabel Mode serial dan Baud rate
Mode Baud rate
0 1/12 fosc
SMOD = 0 SMOD =1
1
32 ) 1 256 (
12× −TH ×
fosc
16 ) 1 256 (
12× −TH ×
fosc
2 1/32 fosc 1/32 fosc
3 12×(256−TH1)×32 fosc
32 ) 1 256 (
12× −TH ×
fosc
Selain variabel-variabel diatas, masih terdapat sebuah variabel lagi yang menjadi pengatur baud rate serial yaitu bit SMOD pada register PCON. Dengan mengubah bit SMOD yang terletak pada register PCON menjadi set ( kondisi awal pada saat sistem reset adalah clear ), maka baut rate pada mode 1, 2 dan 3 akan berubah menjadi dua kali lipat. Sehingga dapat didapat persamaan sebagai berikut:
31
2.7 Reduksi Cahaya oleh Partikel
Saat seberkas cahaya dmasuk pada suatu bahan maka sebagian cahaya yang datang akan dipantulkan dan sebagian diteruskan dengan arah laju yang berbelok. Sehingga asap mempunyai sifat khas gelombang yang dapat diinteferensi dan didifraksi, hanya pada partikel bersifat terlokalisir sedangkan pada gelombang memenuhi ruangan. Sebuah partikel merupakan kumpulan beberapa atom yang dapat memantulkan cahaya.
Sehingga partikel (asap) dapat digunakan sebagai medium untuk pembiasan cahaya, sehingga cahaya dapat digunakan sebagai penghalang atau pereduksi cahaya. Pada penelitian ini digunakan sebagai deteksi kebakaran dengan menggunakan medium asap untuk mendeteksinya.
BAB III
PERANCANGAN ALAT
3.1 Perancanan Perangkat Keras
Perancangan perangkat keras sistem pengaman rumah dengan mikrokontroler AT89S51 berdasarkan prinsip–prinsip dasar teori yang dijelaskan pada bab II.
Tahapan dalam proses perancangan ini terdiri dari beberapa tahap, yaitu:
1. Menentukan spesifikasi dari perangkat keras.
2. Menentukan komponen-komponen utama yang akan digunakan untuk merealisasikan sistem. Komponen yang dipilih pada tugas akhir ini adalah komponen yang murah dan mudah didapatkan di pasaran.
3. Merancang rangkaian (circuit) bagian-bagian dari sistem sesuai dengan prinsip kerja pada diagram blok (mikrokontroler, sensor, penampil, saklar) serta menentukan spesifikasi komponen yang digunakan.
4. Menggabungkan rangkaian dari masing-masing bagian tersebut sehingga menjadi rangkaian perangkat keras yang utuh dan dapat bekerja dengan baik.
Tahapan-tahapan proses perancangan di atas secara rinci dapat diuraikan pada pembahasan berikut ini.
3.2 Mikrokontroler AT89S51
Sistem pengaman rumah dengan menggunakan mikrokontroler AT89S51 pada tugas akhir ini dibahas meliputi; sensor asap (smoke detector), sensor pengaman jendela, solenoid, Mikrokontroler AT89S51, LED dan Buzzer atau Piezzo sounder.
Pada penulisan ini digunakan dua buah LED yang berfungsi sebagai indikator sensor yang sedang aktif, dimana LED ini akan menyala sesuai keluaran dari mikrokontroler AT89S51. Sedangkan buzzer sebagai indikator bahwa sensor berkerja dan mendeteksi
33
adanya masukan. Selain itu juga solenoid digunakan untuk membuka pintu rumah saat mendapat masukan dari program yang dikendalikan dengan bluetooth.
Pada mikrokontroler AT89S51 menggunakan osilasi internal (on chip oscillator) yang terhubung ke pin 18 dan 19 (XTAL1 dan XTAL2). Kaki XTAL1 dan XTAL2 pada mikrokontroler digunakan sebagai masukan untuk osilasi internal yang berfungsi sebagai sumber clock pada CPU. Kristal menggunakan frekuensi 12 MHz.
Mikrokontroler juga dilengkapi dengan tombol reset yang akan memberikan tegangan logika tinggi untuk mereset mikrokontroler dan untuk mereset mikrokontroler digunakan rangkaian reset yang terhubung ke kaki RST dari mikrokontroler. Oleh karena itu pada kaki RST dipasang kapasitor yang terhubung ke Vcc dan resistor yang terhubung ke ground yang akan menjaga RST bernilai ‘1’ pada saat pengisian kapasitor dan bernilai ‘0’ sesaat kemudian. Dengan demikian mikrokontroler akan direset setiap pertama kali diberi catu daya.
Pada kaki P2.0 sampai P2.3 pada mikrokontroler digunakan sebagai masukan yang terdiri dari rangkaian sensor pengaman jendela. Untuk kaki P2.4 dan P2.5 merupakan kaki port keluaran mikrokontroler yang terdiri dari dua buah LED yang berfungsi menginformasikan atau sebagai indikator sensor yang sedang aktif. Sebuah buzzer sebagai indikator dan solenoid yang berfungsi sebagai pengait kunci pintu dipasang pada kaki P2.6 dan P2.7.
Pada kaki P1.6 dipasang rangkaian sensor asap dan sebuah tombol PUSH OFF dipasang pada kaki P1.7.
Pada port 3 kaki 10 dan 11 pada mikrokontroler digunakan sebagai masukan untuk komunikasi serial RS232 dengan 9 pin yang dapat digunakan mengkonversikan sinyal keluaran dari mikrokontroler sebelum masuk ke port.
34
3.2.1 Rangkaian Osilator Pada Mikrokontroler
Mikrokontroler mempunyai rangkaian osilasi internal (on chip oscillator) yang dapat digunakan sebagai sumber clock pada CPU. Untuk dapat menggunakan rangkaian osilator dalam chip tersebut, harus ditambahkan sebuah kristal dan dua buah kapasitor pada pin XTAL1 dan pin XTAL2 (pin 18 dan 19). Rangkaian osilator menggunakan Kristal 12 MHz dan dua buah kapasitor 30 pF sehingga frekuensi detak pada CPU adalah 12 MHz. Rangkaian osilator dapat dilihat pada gambar 3.1
C1 30pF
Y 1
12MHz
C2 30pF
GND
AT89S51VCCGND
AT89S51 9
18 19
29 30 31 1
2 3 4 5 6 7 8
21 22 23 24 25 26 27 28 10
11 12 13 14 15 16 17
39 38 37 36 35 34 33 32 RST
XTAL2 XTAL1
PSEN ALE/PROG EA/VPP P1.0
P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5/MOSI P1.6/MISO P1.7/SCK
P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15 P3.0/RXD
P3.1/TXD P3.2/INTO P3.3/INT1 P3.4/TO P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD
P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7
Gambar 3.1 Rangkaian Osilator Pada Mikrokontroler.
3.2.2 Rangkaian Reset Pada Mikrokontroler
Rangkaian reset digunakan untuk mereset mikrokontroler pada saat catu daya dihidupkan. Keadaan reset pada mikrokontroler diperoleh apabila pin reset diberi logika tinggi (biasanya dalam waktu beberapa milisekon). Waktu reset tersebut dapat dihitung dengan rumus
T = R x C
Pada perancangan ini waktu reset 100 ms dengan menggunakan nilai kapasitor sebesar C: 10 uF. Maka nilai resistansi dapat dihitung sebagai berikut:
35
100 x 10−3 = 10 x 10−6 x R
R = 6
3
10 10
10 100
−
−
×
× = 10KΩ
Cara kerja rangkaian reset adalah sebagai berikut, bila tegangan catu dihidupkan arus akan mengalirkan melewati kapasitor sehingga akan menimbulkan beda tegangan pada resistor. Tegangan pada pin reset merupakan beda tegangan antara Vcc dengan kapasitor. Tegangan pada kaki reset atau VR9akan berubah menjadi:
10 5 10 10 1
10 10
3 3
3
9 ×
× +
×
= × VR
9
VR = 4,54V
+5V
AT89S51VCCGND
U1
AT89S51 9
18 19
29 30 31 1
2 3 4 5 6 7 8
21 22 23 24 25 26 27 28 10
11 12 13 14 15 16 17
39 38 37 36 35 34 33 32 RST
XTAL2 XTAL1
PSEN ALE/PROG EA/VPP P1.0
P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5/MOSI P1.6/MISO P1.7/SCK
P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15 P3.0/RXD
P3.1/TXD P3.2/INTO P3.3/INT1 P3.4/TO P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD
P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7
R19 10K R20 1K
C3 10uF
SW1 TMBL_RST
Gambar 3.2 Rangkaian Reset Pada Mikrokontroler.
3.3 Rangkaian Indikator LED1 dan LED2
Pada rangkaian indikator LED ini mempunyai tegangan maksimum sebesar 2,1V (pada perancangan digunakan tegangan sebesar 1,6V) dengan arus sebesar 20mA. Sedangkan tegangan pada kaki mikrokontroler pada saat berlogika tinggi adalah 5 V.
ILED = 20 mA
36
Maka besarnya tahanan sebesar:
10 3
20 6 , 1 5
× −
= −
= −
LED LED IN
LED I
V R V
10 3
20 4 , 3
× −
= RLED
Ω
= 170 RLED
Sistem pengaman rumah yang dirancang terdiri dari dua buah LED sebagai indikator. Fungsi LED sebagai indikator sensor yang sedang aktif. LED1 dan LED2 dirancang untuk bekerja pada aktif tinggi.
PIN
R1 40
D1 LED
Gambar 3.3 Rangkaian Indikator LED
3.4 Detektor Asap
Rangkaian LDR pada gambar 3.4 dalam perancangan sistem pengaman rumah berbasis Mikrokontroler AT89S51 ini berfungsi sebagai sensor untuk mendeteksi asap, bila terjadi kebakaran didalam rumah. Pada data sheet dalam keadaan gelap resistansi LDR sangat tinggi yaitu 1 Mega Ohm, sedangkan ditempat yang terang atau LDR disinari cahaya resistansinya akan berubah menjadi yaitu 9 Kilo Ohm.
Nilai resistansi LDR berubah tergantung pada perubahan intensitas cahaya yang mengenai permukaan LDR. Perubahan nilai resistansi LDR berbanding terbalik dengan intensitas cahaya yang mengenainya, semakin terang cahaya yang mengenainya, maka resistansi dari LDR akan semakin kecil dan sebaliknya.
Perubahan nilai resistansi LDR akan menyebabkan perubahan tegangan pada LDR.
Pada perancangan ini digunakan sebuah LED yang terhubung dengan sumber
37
tegangan sebesar 5V. Pada rangkaian detektor asap pada dasarnya menggunakan prinsip kerja rangkaian pembanding tegangan yang menggunakan LDR (Light Dependent Resistor) sebagai resistor dalam perancangan.
+5V
+5V
P1.6
R2 800
LM358 +
-
V+V-
OUT R1
1K
LDR R3 9K2
D3 LED R4 1K
Gambar 3.4 Rangkaian Detektor Asap
Pada perancangan ini ditentukan tegangan referensi adalah setengah tegangan Vcc yang nilainya sebesar 5V. Pada saat gelap resistansi LDR sebesar 1M Ω dan saat terang akan berubah resistaninya menjadi 9K Ω (dari data sheet).
Dengan tegangan referensi sebesar 2,3V maka:
2 1
2
1 R R
Vcc R
V = × +
1 2
5 2
3 ,
2 R R
R
× +
=
1 2
2
3 . 2
5
R R
R
= +
Dari perhitungan tersebut didapat perbandingan resistansi antara R1dan R2 adalah 1:0,8. Pada perancangan ini digunakan resistansi sebesar 1K Ω untuk
38
R1danR2sebesar 800 Ω . Dengan tegangan referensi sebesar 2,3V bila diset tegangan V1 lebih kecil dari tegangan referensi agar berayun pada tegangan (-)VSAT maka nilai pengganti LDRR dapat dihitung sebagai berikut: 3
Misalnya tegangan referensi sebesar 2V maka:
RLDR
R Vcc R
V = × +
3 3 1
3 3
10 9 10 5 9
2 + ×
× ×
= RLDR
RLDR
≈
13,5K ΩUntuk saat tegangan lebih besar dari tegangan referensi agar keluaran dapat berayun pada tegangan (+)VSATmaka nilai pengganti R dapat dihitung sebagai 3 berikut:
Misalnya tegangan referensi sebesar 3V maka:
RLDR
R Vcc R
V = × +
3 3 1
3 3
10 9 10 5 9
3 + ×
× ×
= RLDR
RLDR
≈
15K ΩKarena menggunakan prinsip pembiasan cahaya lewat asap maka agar saat terjadi sedikit asap dan sensor harus mampu mendeteksi maka diambil resistansi yang mendekati nilai 9K Ω yaitu sebesar 8K2 Ω sebagai resistansiR . 3
Saat tegangan V1sebesar 2V maka IC LM 358 tidak bekerja sehingga tegangan yang masuk ke pin sebesar 0V, sedangkan saat tegangan V2sebesar 3V maka IC LM 358 akan aktif sehingga tegangan yang masuk ke pin sebesar 5V.
39
Cara kerja detektor asap pada penulisan ini adalah sebuah LED 5V digunakan sebagai sumber cahaya yang terselubungi oleh sebuah pipa, sedangkan disampingnya terdapat rangkaian pendeteksi cahaya dengan menggunakan LDR yang pada LDR terselubungi juga dengan sebuah pipa. Pada kondisi normal rangkaian detektor asap dalam kondisi terang karena antara kedua pipa dipasang secara berhadapan..
Saat terjadi kebakaran atau ada asap, maka asap akan menutupi pipa. Karena sebagian dari cahaya dari LED tertutup oleh asap, maka asap yang menutupi pipa akan mereduksi sebagian cahaya yang masuk kedalam pipa yang terdapat rangkaian detektor asap. Karena cahaya yang mengenai permukaan LDR berkurang maka nilai resistansinya akan bertambah. Dengan penambahan resistansi yang kemudian oleh rangkaian LDR dideteksi dengan kenaikan nilai tegangan V1 dari tegangan referensi.
Saat tegangannya lebih dari tegangan referensi maka tegangan keluaran akan berayun pada (+)VSATsehingga akan dideteksi oleh mikrokontroler yang kemudian dihubungkan ke buzzer.
3.5 Rangkaian Indikator Buzzer
Rangkaian buzzer berfungsi untuk membangkitkan suara. Frekuensi yang digunakan adalah frekuensi 2 KHz. Untuk mengaktifkan buzzer menggunakan transistor sebagai saklar transistor. Pada rangkaian ini????????, kondisi buzzer tergantung kondisi transistor saat itu. Jika transistor ON karena adanya arus kecil pada basis dengan memberi logika ‘0’, maka buzzer akan mendapatkan tegangan dari Vcc namun sebaliknya jika transistor OFF maka buzzer juga akan OFF.
Nilai arus buzzer atau Ic (arus kolektor) sebesar 40 mA (dari data sheet). Maka besarnya arus pada basis adalah:
hfe IB = Ic
40
Nilai dari hfe adalah 100 (diambil dari data sheet) maka nilaiIB adalah:
100
= 40
IB
I = 0, 4 mA B
Dari perhitungan arus basis (IB), maka besarnya resistansi pada kaki basis adalah:
B BE BB
B I
V
R V −
=
4 . 0
7 . 0 4 , 2 −
B = R
RB
≈
4, 3 KΩ+5Volt
pin RB 4K3
BUZZER
BC108C
Gambar 3.5 Rangkaian Indikator Buzzer
3.6 Pembuka Kunci Pintu Elektrik
Pada prinsipnya rangkaian ini mempunyai kesamaan dengan rangkaian indicator buzzer, namun pada rangkaian solenoid berfungsi untuk membuka pintu utama pada rumah. Untuk mengaktifkan solenoid digunakan transistor sebagai saklar transistor. Untuk mengetahui nilai arus solenoid atau Ic (arus kolektor) dengan hambatan dalam solenoid adalah 30Ω, sehingga dengan menentukan tegangan Vcc sebesar 12V maka arus pada Ic (arus kolektor) adalah:
Rsolenoid Ic = Vcc
![Gambar 2.3 Kurva antara Resistansi dengan Intensitas Cahaya [13]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/3776004.3935434/26.918.320.637.496.819/gambar-kurva-antara-resistansi-dengan-intensitas-cahaya.webp)
