TUGAS AKHIR - Penggerak perekaman suara dan pengecekan tegangan baterai berbasis mikrokontroler pada otomatisisasi pengujian ketahanan baterai mainan bersuara - USD Repository

TUGAS AKHIR

PENGGERAK PEREKAMAN SUARA DAN PENGECEKAN

TEGANGAN BATERAI BERBASIS MIKROKONTROLER PADA

OTOMATISASI PENGUJIAN KETAHANAN BATERAI

MAINAN BERSUARA

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

Oleh : RICKI NIM : 075114022

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

FINAL PROJECT

VOICE RECORDING DRIVER AND BATTERY VOLTAGE CHECK

IN AUTOMATION OF AUDIBLE TOY BATTERY

DURABILITY TEST BASED ON MICROCONTROLLER

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements to Obtain the Sarjana Teknik Degree

In Electrical Engineering Study Program

RICKI NIM: 075114022

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP

MOTTO :

Ora Et Labora

INTISARI

Suatu produk mainan bersuara yang menggunakan sumber tegangan berupa baterai memiliki spesifikasi baterai yang digunakan. Salah satu yang dilihat untuk menentukan spesifikasi baterai yang digunakan adalah ketahanan baterai untuk dapat mensuplai mainan bersuara. Pengujian ketahanan baterai secara manual pada mainan bersuara akan menghabiskan tenaga dan waktu penguji. Penguji harus melakukan penekanan tombol on mainan sampai baterai tidak dapat memberikan suplai yang cukup sehingga mainan menghasilkan suara yang tidak baik lagi. Untuk itu diperlukan pengujian ketahanan baterai secara otomatis sehingga penguji tidak harus melakukan penekanan tombol on mainan secara terus-menerus. Sistem penggerak perekaman suara dan pengecekan tegangan baterai berbasis mikrokotroler adalah otomatisasi untuk pengecekan ketahanan baterai.Sistem ini akan melakukan pengujian ketahanan baterai dengan penekanan tombol on mainan secara ototmatis. Penguji hanya mengatur sistem di awal saja, selanjutnya sistem akan bekerja secara otomatis.

Sistem penggerak perekaman suara dan pengecekan tegangan baterai dikemas dalam suatu kotak perekam dengan dua bagian yaitu bagian hardware dan bagian perekaman mainan bersuara. Pada sistem terdapat penampil LCD untuk menampilkan status sistem. Sistem ini bekerja sebagai penggerakan proses perekaman, antara lain penekanan tombol on mainan bersuara, pengiriman data status sistem untuk mengetahui siap tidaknya proses perekaman, penguncian kotak perekam saat proses perekaman dan pengiriman data tegangan baterai mainan bersuara ke komputer. Sistem penggerak perekaman dan pengecekan tegangan baterai berbasis mikrokontroler dikomunikasikan dengan program pengatur perekaman dan pemrosesan suara pada komputer. Komputer digunakan sebagai pengatur perekaman suara sekaligus sebagai pemroses kualitas suara mainan.

Sistem penggerak perekaman dan pengecekan tegangan baterai berbasis mikrokontroler telah berhasil dibuat dan dapat berfungsi dengan baik dengan tingkat keberhasilan 100 %. Tanggapan sistem penggerak perekaman telah sesuai dengan perintah dari komputer. Pengecekan tegangan baterai telah berhasil sesuai dengan yang dirancangkan. Tegangan baterai hasil pengukuran multimeter dengan yang ditampilkan LCD memiliki error maksimal 0,57 %. Sistem otomatisasi pengujian ketahanan baterai berfungsi dengan baik.

Kata kunci : Penggerak perekaman, Pengecekan tegangan baterai, mikrokontroler, mainan bersuara, LCD.

ABSTRACT

A sound producing toy that uses battery as power source has specification of the battery used. One point to determine the specifications of the battery used is the battery durability in supplying power to the toy. Battery durability test of voice-producing toys spends a lot of tester's time and energy. The tester has to press the 'on' button until the battery couldn't provide enough supply so the toy produced voices that not in good quality anymore. For that, an automated battery durability test is needed so the tester doesn't have to press the 'on' button continously. Microcontroller-based voice-recording and battery voltage check driver system is an automation of battery durability check. This system will do the batery durability test with pressing the toys' on button automaticly. The tester only has to set the system in the beginning, then the system will work automatically.

Driver system of voice recording and battery voltage checking is packaged in a record box with two parts, which are hardware part and toy voice recording part. In the system there is LCD monitor to display the system status. This system works as driver of recording process, which are the toy’s ‘on’ button pressing, data transmission of the system’s status to know whether the recording process is ready or not, lock recorder box when the process of recording and sending voice toy battery voltage data to a computer. The driver system of recording and checking the battery voltage based on microcontroller is communicated with the recording controller and sound processing software on the computer. Computer is used as a regulator of the voice recording as well as toy’s sound quality processor.

Microcontroller-based recording and battery-voltage check driver system has successfully created and could functioned properly with 100% success rate. Responses of the driver system of recording is in accordance with instructions from the computer. Battery voltage check had been succeeded just as estimated. The maximum error between the multimeter measurement result of battery voltage and the one that displayed on LCD is 0.57%. Battery durability test automation system is working properly.

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas penyertaan-Nya sehingga Penulis dapat menyelesaikan penulisan hasil tugas akhir ini. Penulis berharap agar penulisan karya tulis tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi masyarakat khususnya perkembangan ilmu pengetahuan pada bidang kendali.

Tugas akhir ini ditulis untuk memenuhi salah satu syarat dalam memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro di Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma. Penulisan karya tulis tugas akhir ini didasarkan atas hasil yang penulis peroleh pada saat perancangan alat, pembuatan alat, sampai pada pengujian alat.

Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada beberapa pihak yang telah memberikan banyak bimbingan, arahan dan dukungan sehingga penulisan karya tulis tugas akhir ini dapat terselesaikan, diantaranya :

1. Kedua orang tua yang selalu memberikan doa dan dukungan bagi penulis. 2. Bernadeta Wuri Harini, ST., MT. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro

3. Bapak Martanto, ST., MT. dan Ibu Wiwien Widyastuti, ST., MT. selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan, masukan, dan waktu selama penyusunan tugas akhir ini.

4. Segenap dosen dan laboran Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma. 5. Segenap karyawan sekretariat Fakultas Sains dan Teknologi.

6. Teman-teman Teknik Elektro di Universitas Sanata Dharma, terima kasih atas dukungannya.

7. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini. Penulis menyadari dalam pembuatan penulisan tugas akhir ini masih terdapat kekurangannya sehingga masukan berupa kritik dan saran dari pembaca sangat diharapkan. Semoga karya tulis tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi pembaca.

Yogyakarta, 23 Februari 2011

Penulis

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL DALAM BAHASA INDONESIA ... i

HALAMAN JUDUL DALAM BAHASA INGGRIS ... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ... iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO ... vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... vii

INTISARI ... viii

ABSTRAK ... ix

KATA PENGANTAR ... x

DAFTAR ISI ... xi

DAFTAR GAMBAR ... xiv

DAFTAR TABEL ... xvi

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Tujuan dan Manfaat ... 2

1.3. Batasan Masalah ... 2

1.4. Metodologi Penelitian ... 3

1.4.1. Variabel Penelitian ... 3

1.4.2. Prosedur Penelitian ... 4

1.5. Sistematika Penulisan ... 5

BAB II DASAR TEORI ... 7

2.1. Mikrokontroler ATMega8535 ... 7

2.1.1. Port Input/Output ... 8

2.1.2. Interupsi ... 8

2.1.2.1. Interupsi Eksternal ... 9

2.1.4. ADC (Analog Digital Converter) ... 12

2.2. Komunikasi Serial USART ... 14

2.2.1. Inisialisasi USART ... 14

2.3. Komunikasi Serial RS232 ... 16

2.4. Prinsip Kerja Solenoid ... 18

2.4.1. DriverSolenoid ... 18

2.5. Transistor sebagai Saklar ... 19

2.6. Modul LCD 16 x 2 M1632 ... 20

2.6.1. Konfigurasi Pin LCD Modul M1632 ... 21

2.7. Baterai ... 22

BAB III PERANCANGAN ... 24

3.1. Arsitektur Sistem ... 24

3.2. Spesifikasi Mainan Bersuara ... 25

3.3. Perancangan Otomatisasi Perekaman ... 26

3.4. Perancangan Kotak Perekam ... 26

3.5. Perancangan Interlock Kotak Perekam ... 28

3.6. Perancangan DriverSolenoid ... 29

3.7. Perancangan Konektor Baterai ... 31

3.8. Perhitungan Nilai ADC Baterai ... 32

3.9. Perancangan Minimum Sistem ATMega8535 ... 33

3.10. Perancangan Rangkaian Jembatan RS232 ... 34

3.11. Perancangan Antarmuka Sistem dengan Mikrokontroler ... 35

3.12. Perancangan Diadram Alir Program ... 36

3.12.1. Diagram Alir Main Program ... 36

3.12.2. Diagram Alir Program Sub-Sistem ... 38

3.12.2.1. Diagram Alir Kirim Data Interlock ... 38

3.12.2.2. Diagram Alir Kunci Tutup Kotak Perekam (Aktifkan Solenoid 1) ... 39

3.12.2.3. Diagram Alir ADC dan Pengiriman Data ADC ... 40

3.12.2.4. Diagram Alir Tekan Tombol (Solenoid 2) ... 41

3.12.2.5. Diagram Alir Alarm berupa Buzzer ... 42

3.12.2.6. Diagram Alir Stop Pengujian ... 42

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 45

4.1. Model Kotak Perekam ... 45

4.2. Pengujian Hardware ... 47

4.2.1. Pengujian Minimum Sistem ATMega8535 ... 47

4.2.2. Pengujian Rangkaian Driver Solenoid 1 dan 2 ... 48

4.2.3. Pengujian Rangkaian Jembatan RS232 ... 52

4.2.4. Pengujian LCD 16 x 2 ... 55

4.3. Analisa Software ... 56

4.3.1. Inisialisasi ... 56

4.3.2. Program Utama Sistem (Main Program) ... 57

4.3.3. Program Sub Sistem ... 58

4.4. Pengujian Sistem ... 61

4.4.1. Pengujian Sub Sitem ... 62

4.4.2. Pengujian Sistem Keseluruhan ... 64

4.4.2.1. Data Tegangan Baterai ... 64

4.4.2.2. Data Tanggapan Sistem ... 65

4.4.2.3. Data Kekedapan Kotak Perekam ... 66

4.4.2.4. Data Pengujian Ketahan Baterai ... 68

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 74

5.1. Kesimpulan ... 74

5.2. Saran ... 74

DAFTAR PUSTAKA ... 75

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Blok Perancangan Sistem Pengujian Ketahanan Baterai Mainan

Bersuara ... 4

Gambar 2.1. Konfigurasi Pin pada ATMega8535 ... 8

Gambar 2.2. Komponen Register MCUCR ... 10

Gambar 2.3. Kompenen Register GICR ... 10

Gambar 2.4. Komponen Register TCCRn ... 11

Gambar 2.5. Konfigurasi Konektor DB9 ... 16

Gambar 2.6. Konfigurasi Pin IC MAX232 ... 17

Gambar 2.7. Prinsip Kerja Solenoid ... 18

Gambar 2.8. Kurva Garis Beban DC Transistor sebagai Saklar ... 19

Gambar 2.9. Transistor sebagai Saklar ... 19

Gambar 2.10. Modul LCD 16x2 ... 21

Gambar 2.11. Dimensi Baterai Tipe LR44 ... 22

Gambar 3.1. Diagram Blok Sistem Otomatisasi Pengujian Baterai Mainan Bersuara . 24 Gambar 3.2. Mainan Bersuara yang akan Diuji ... 25

Gambar 3.3. Perancangan Kotak Perekam ... 27

Gambar 3.4. Perancangan Interlock Kotak Perekam ... 28

Gambar 3.5. Rangkaian DriverSolenoid ... 27

Gambar 3.6. Koneksi Konektor Baterai dengan ATMega8535 ... 31

Gambar 3.7. Koneksi Plat Besi pada Baterai ... 32

Gambar 3.8. Rangkaian Minimum Sistem ATMega8535 ... 33

Gambar 3.9. Rangkaian Jembatan RS232 ... 34

Gambar 3.10. Perancangan Antarmuka Mikrokontoler ... 36

Gambar 3.11. Flow ChartMain Program ... 37

Gambar 3.12. Flow Chart Kirim Data Interlock ... 38

Gambar 3.13. Flow Chart Kunci Tutup Kotak Perekam ... 39

Gambar 3.14. Flow Chart Interupsi Kirim ADC ... 40

Gambar 3.15. FlowChart Tekan Tombol ... 41

Gambar 3.16. FlowChartAlarm Aktifkan Buzzer ... 42

Gambar 4.1. Model Kotak Perekam ... 45

Gambar 4.2. Kotak Perekam Bagian Depan ... 46

Gambar 4.3. Kotak Perekam Bagian Belakang ... 46

Gambar 4.4. Rangkaian Penyearah ... 47

Gambar 4.5. Minimum Sistem ATMega8535 ... 47

Gambar 4.6. Hasil Pengujian Minimum Sistem dengan Modul LED ... 48

Gambar 4.7. Rangkaian Driver Solenoid 1 dan 2 ... 48

Gambar 4.8. Penambahan RC pada Driver Solenoid 1 ... 51

Gambar 4.9. Rangkaian Jembatan RS232 ... 52

Gambar 4.10 Tampilan Tools Terminal Codevision ... 54

Gambar 4.11. Rangkaian Modul LCD ... 55

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Konfigurasi Pengaturan untuk Port I/O ... 8

Tabel 2.2. Alamat Vektor Interupsi ATMega8535 ... 9

Tabel 2.3. Konfigurasi bit ISCO0 dan ISCO1 ... 10

Tabel 2.4. Konfigurasi bit ISC11 dan ISC10 ... 10

Tabel 2.5. Mode Operasi ... 12

Tabel 2.6. Konfigurasi ADMUX ... 13

Tabel 2.7. Konfigurasi ADCSRA ... 13

Tabel 2.8. Konfigurasi UBRR ... 14

Tabel 2.9. Rumus Perhitungan Baud Rate dan UBRR ... 15

Tabel 2.10. Konfigurasi UCSRB ... 15

Tabel 2.11. Konfigurasi UCSR ... 15

Tabel 2.12. Konfigurasi Pin dan Nama Bagian dari Konektor Serial DB9 ... 16

Tabel 2.13. Hubungan antara Level Tegangan TTL dan Level Tegangan RS232 ... 18

Tabel 3.1. Delapan Bit Data Interupsi Komputer ke Mikrokontroler ... 44

Tabel 3.2. Delapan Bit Data Interlock ... 44

Tabel 3.3. Tampilan LCD Status Mikrokontroler ... 44

Tabel 4.1. Data Pengujian Rangkaian DriverSolenoid 1 dan 2 ... 49

Tabel 4.2. Pengaruh Perubahan Nilai RB terhadap Panas Solenoid ... 50

Tabel 4.3. Pengaruh Penambahan Nilai RC terhadap Panas Solenoid ... 50

Tabel 4.4.Penggunaan Daya Resistor terhahap Panas Resistor ... 52

Tabel 4.5. Data Pengujian Rangkaian Jembatan RS232 ... 53

Tabel 4.6. Data Pengujian Komunikasi Rangkaian Jembatan RS232 ... 54

Tabel 4.7. Data Sub Sistem Pengatur Perekaman ... 62

Tabel 4.8. Data Interlock yang Diterima Komputer ... 62

Tabel 4.9. Data Tegangan Multimeter dan Tampilan LCD ... 63

Tabel 4.10. Data Pengamatan Tegangan Baterai pada Tampilan LCD dan Komputer 65

Tabel 4.11. Data Hasil Komunikasi Sistem dengan Program Pengatur Perekaman dan Pemrosesan Suara ... 66

Tertutup ... 67 Tabel 4.14. Data Kekedapan Kotak Perekam Gangguan dari Luar Pintu Kotak

Terbuka ... 67 Tabel 4.15. Data Pengujian Baterai Sampai Kualitas Suara Tidak Baik Lagi ... 70

Tabel 4.16. Potongan Pengujian Ketahanan Baterai Merk C dilihat dari Tegangannya 71 Tabel 4.17. Data Pengujian Ketahanan Baterai dengan Target Penekanan ... 72

BAB I

PENDAHULUAN

1.1.

Latar Belakang

Suatu produk dibuat berdasarkan spesifikasi tertentu, yang dirancang oleh produsen. Spesifikasi produk didapat dari hasil perancangan awal sebelum produk tersebut dibuat. Untuk mengetahui apakah spesifikasi suatu produk telah sesuai dengan hasil rancangan awal, maka perlu diadakannya pengecekan terhadap produk tersebut. Selain untuk mengetahui spesifikasi produk telah sesuai dengan racangan atau belum, pengecekan terhadap produk tersebut juga bertujuan untuk mengetahui apakah suatu produk sudah layak dipasarkan atau belum. Untuk itu perlunya pengecekan pada suatu produk sebelum dipasarkan adalah penting, sehingga konsumen merasa puas telah membeli produk tersebut[1]. Proses pengecekan terhadap produk dapat diklasifikasikan mejadi dua macam yaitu pengecekan secara manual dan pengecekan secara otomatis. Pengecekan secara manual biasanya dilakukan oleh manusia dengan melakukan pengamatan terhadapat suatu barang apakah barang tersebut sudah sesuai spesifikasi dan layak jual. Sedangkan pengecekan secara otomatis dilakukan oleh mesin yang diprogram untuk pengecekan suatu barang atau dengan suatu mesin yang dikontrol oleh manusia.

Sejauh penelusuran pustaka yang dilakukan oleh penulis, perancangan otomatisasi pengujian ketahanan baterai mainan bersuara belum pernah dilakukan. Pada penelitian ini penulis akan merancang otomatisasi pengujian ketahanan baterai pada mainan bersuara khususnya mainan Barbie bersuara. Sistem ini berkerja dengan mencuplik kualitas suara yang dihasilkan mainan berulang kali sampai mendapatkan kualitas suara yang tidak baik lagi. Program komputasi pada komputer dikomunikasikan secara serial dengan mikrokontroler sebagai driver otomatisasi perekaman dan pengecekan tegangan baterai menggunakan RS 232. Dari data hasil sampling kualitas suara tersebut, maka dapat diketahui kemampuan daya tahan baterai, yaitu dengan acuan kualitas suara yang dihasilkan mainan sudah tidak baik lagi. Kualitas suara yang tidak baik adalah suara yang mengalami perubahan dari suara aslinya. Untuk mengetahui sejauh mana kualitas suara yang baik pada mainan bersuara, penulis melalukan survei 20 orang. Survei dilakukan dengan mendengarkan suara mainan yang akan diuji pada keadaan baterai penuh sampai baterai tidak bisa lagi memberikan suplai mainan bersuara (mainan tidak mengahasilkan suara lagi), setelah itu diambil rata-rata kualitas suara yang baik menurut hasil survei tersebut.

1.2.

Tujuan dan Manfaat

Tujuan dari penelitian ini adalah menghasilkan alat yang dapat mengukur ketahanan baterai pada produk mainan bersuara secara otomatis. Manfaat dari penelitian ini adalah sebagai alat bantu otomatis yang dapat mengetahui ketahanan baterai pada mainan bersuara. Ketahanan baterai dilihat dari banyaknya jumlah penekanan tombol mainan yang dapat dilakukan hingga baterai tidak mampu lagi memberi suplai yang cukup pada mainan bersuara sehingga maininan tersebut menghasilkan suara yang tidak baik lagi.

1.3.

Batasan Masalah

Pada perancangan ini penulis lebih memfokusan pada perancangan penggerak proses perekaman, yang terdiri dari hardware dan software. Untuk itu penulis membatasi masalah untuk penelitian ini.

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah :

a. Penggerak otomatisasi perekaman suara berbasis mikrokontroler.

b. Pengecekan tegangan baterai berbasis mikrokontroler yang ditampilkan pada komputer. c. Komunikasi serial antara mikrokontroler dengan komputer menggunakan RS 232. d. Menggunakan mikrokontroler ATMega8535.

e. Pemrograman mikrokontroler mengunakan bahasa C. f. Komputer sebagai pengatur proses perekaman. g. Perekaman suara mainan menggunakan microphone. h. Proses perekaman dilakukan pada ruang kedap suara. i. Interlock proses perekaman menggunakan limit switch.

j. Penekan otomatis tombol on mainan menggunakan solenoid jenis latching. k. Pengunci tutup kotak perekam menggunakan solenoid jenis latching.

l. Alarm indikator pengujian baterai mainan bersuara selesai menggunakan buzzer. m. Penampil status mikrokontroler menggunakan LCD 16 x 2 seri M1632.

n. Baterai yang diuji jenis alkaline tipe LR44 dengan tiga merk berbeda.

1.4.

Metode Penelitian

1.4.1.

Variabel Penelitian

1. Penggerak perekaman dan pengecekan tegangan baterai a. Penggerak perekaman

Variabel bebas penggerak perekaman adalah input data perintah yang dikirim dari komputer ke mikrokontroler. Variabel terikat penggerak perekaman adalah tanggapan mikrokontroler sebagai penggerak proses perekaman.

b. Pengecekan tegangan baterai

d. Proses pengambilan data.

Teknik pengambilan dilakukan dengan cara mengkomunikasikan komputer dengan mikrokontroler saat pengujian ketahanan baterai mainan bersuara. Komputer mengirimkan data interupsi ke mikrokontroler. Mikrokontroler mengambil data tersebut untuk mengendalikan proses perekaman dan pengecekan tegangan baterai. Data-data tersebut digunakan untuk mengetahui protocol komunikasi antara komputer dengan mikrokontroler saat pengujian sistem yang terdiri dari software dan hardware. Data tersebut juga digunakan untuk mengetahui hasil pengujian ketahanan baterai mainan bersuara berdasarkan jumlah penekanan tombol on mainan. Pengujian ketahanan baterai mainan bersuara dilakukan dengan tiga buah merk baterai yang berbeda (merk A, B dan C). Masing-masing merk baterai diambil sebanyak 5 sampel.

e. Analisa dan kesimpulan hasil percobaan.

Analisa sistem dilakukan dengan pengecekan keakuratan data komunikasi dan data informasi komputer dengan mikrokontroler hasil perancangan sistem. Setelah itu, dilakukan pengecekan mikrokontroler sebagai penggerak perekaman dan pengecekan ketahanan baterai mainan bersuara. Analisa ketahanan baterai dilakukan dengan membandingkan banyaknya jumlah penekanan tombol yang dapat dilakukan mainan bersuara sampai menghasilkan suara yang tidak baik lagi untuk setiap merk baterai. Indikator keberhasilan sistem dilihat dari kesesuaian data perintah yang dikirimkan komputer dengan tanggapan mikrokontroler sebagai penggerak proses perekaman suara dan kesesuaian tegangan baterai yang diterima mikrokontroler (pengukuran menggunakan multimeter) dengan tegangan baterai yang ditampilkan LCD dan komputer. Penyimpulan hasil percobaan dilakukan dengan melihat prensentase keberhasilan sistem yang meliputi hardware penggerak perekaman, pengecekan tegangan baterai, dan pengujian ketahanan baterai.

1.5.

Sistematika Penulisan

BAB I PENDAHULUAN

BAB II DASAR TEORI

Bab ini berisi dasar teori yang berkaitan dengan penelitian yaitu mikrokontroler, komunikasi serial RS232, solenoid, transistor sebagai saklar, LCD karakter, dan baterai.

BAB III PERANCANGAN

Bab ini berisi tentang perancangan hardware dan perancangan software dalam penelitian ini.

BAB IV HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN

Bab ini berisi hasil pengamatan dan pembahasan dari pengujian hasil perancangan yang telah dilakukan.

BAB V PENUTUP

BAB II

DASAR TEORI

2.1. Mikrokontroler

ATMega8535

Mikrokontroler adalah suatu chip yang di dalamnya terdapat sistem mikroprosesor, seperti ALU, ROM, RAM, dan Port I/O. Mikrokontroler ATMega8535 merupakan mikrokontroler berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computing) 8 bit. Mikrokontroler ATMega8535 menjalankan sebuah instruksi tunggal dalam satu siklus dan memiliki struktur I/O yang cukup lengkap sehingga penggunaan komponen eksternal dapat dikurangi.

Mikrokontroler ATMega8535 menggunakan arsitektur Harvard, ruang dan jalur bus bagi memori program dipisahkan dengan memori data. Memori program diakses dengan single-level pipelining, pada saat sebuah instruksi dijalankan, instruksi lain berikutnya akan di-prefetch dari memori program[2].

AVR ATMega8535 memiliki bagian dan fitur sebagai berikut: 1. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu port A, port B, port C, dan port D. 2. CPU yang memiliki 32 buah register.

3. SRAM sebesar 512 byte. 4. Flashmemory sebesar 8kb. 5. EEPROM sebesar 512 byte.

6. Tiga buah timer/counter dengan kemampuan pembanding. 7. ADC (Analog Digital Converter) 10 bit sebanyak delapan saluaran. 8. Empat saluran PWM.

9. Two wire serial Interface. 10.Port antarmuka SPI.

Konfigurasi pin ATMega8535 ditunjukan pada gambar 2.1 berikut[2] :

Gambar 2.1. Konfigurasi Pin pada ATMega8535

2.1.1.

Port Input/Output

Port I/O ATMega8535 berfungsi sebagai masukan dan keluaran data logika atau tegangan analog. Untuk mengatur fungsi port A, port B, port C dan port D sebagai I/O maka harus dilakukan pengaturan pada register DDRx (Data Direction Register), dimana x merupakan port yang akan digunakan, yaitu port A, port B, port C , atau port D. Selain diatur sebagai I/O, masing-masing port juga dapat diatur sebagai I/O logika tinggi atau logika rendah. Konfigurasi pengaturan port I/O ditunjukan pada tabel 2.1.

Tabel 2.1. Konfigurasi Pengaturan untuk Port I/O

2.1.2. Interupsi

Interupsi adalah kondisi pada saat program utama dieksekusi atau dikerjakan oleh CPU kemudian tiba-tiba berhenti untuk sementara waktu karena ada rutin lain yang harus ditangani terlebih dahulu oleh CPU, dan setelah mengerjakan rutin tersebut CPU kembali mengerjakan intruksi pada program utama. ATMega8538 menyediakan 21 macam sumber

interupsi yang masing-masing memiliki alamat program vektorinterupsiseperti pada tabel 2.2.

Setiap interupsi yang aktif akan dilayani segera setelah terjadi permintaan interupsi, tetapi jika dalam waktu bersamaan terjadi lebih dari satu interupsi maka prioritas yang akan diselesaikan lebih dahulu adalah interupsi yang memiliki nomor urutan lebih kecil sesuai tabel 2.2[2].

Tabel 2.2. Alamat Vektor Interupsi ATMega8535

2.1.2.1. Interupsi Eksternal

Gambar 2.2. Komponen Register MCUCR

a. Bit ISC01 dan ISC00 menentukan kondisi yang dapat menyebabkan interupsi eksternal pada pin INT0. Konfigurasi bit ISC00 dan ISC01 dapat dilihat pada tabel 2.3[3].

Tabel 2.3. Konfigurasi bit ISCO0 dan ISCO1

ISC01 ISC00 Keterangan

0 0 Logika 0 pada INT0 menyebabkan interupsi 0 1 Perubahan logika pada pin INT0 menyebabkan interupsi 1 0 Perubahan logika dari 1 ke 0 pada pin INT0 menyebabkan interupsi 1 1 Perubahan logika dari 0 ke 1 pada pin INT0 menyebabkan interupsi

b. Bit ISC11 dan ISC10 menentukan kondisi yang dapat menyebabkan interupsi eksternal pada pin INT1. Konfigurasi bit ISC 11 dan ISC10 dapat dilihat pada tabel 2.4[3].

Tabel 2.4. Konfigurasi bit ISC11 dan ISC10[3]

ISC11 ISC10 Keterangan

0 0 Logika 0 pada INT1 menyebabkan interupsi 0 1 Perubahan logika pada pin INT1 menyebabkan interupsi 1 0 Perubahan logika dari 1 ke 0 pada pin INT1 menyebabkan interupsi 1 1 Perubahan logika dari 0 ke 1 pada pin INT1 menyebabkan interupsi

Pemilihan pengaktifan interupsi diatur oleh register GICR (Global Interrupt Control Register), dapat dilihat pada gambar 2.3[3].

Bit INT1, INT0, INT2 pada register GICR digunakan untuk mengaktifkan masing-masing interupsi eksternal. Ketika bit-bit tersebut diset 1 (aktif) maka interupsi eksternal akan aktif jika bit I (interrupt) pada SREG (status register) diset juga (enable interrupt), instruksi untuk mengatifkan global interrupt yaitu sei. Program interupsi dari masing-masing interupsi akan dimulai dari vektor interupsi pada masing-masing jenis interupsi eksternal.

2.1.3.

Timer

/

Counter

ATMega8535 memiliki fasilitas pewaktuan yang dinamakan timer/counter. Timer/counter adalah sebuah pewaktuan yang dapat mencacah sumber pulsa/clock baik dari dalam chip (timer) maupun dari luar chip (counter). ATMega8535 memiliki dua buah timer/counter dengan kapasitas 8 bit dan satu buah timer/counter dengan kapasitas 16 bit.

Register yang digunakan oleh timer/counter adalah TCNTn sebagai register penyimpan nilai dari timer/counter. Register OCRn (Output Compare Register) merupakan register pembanding. Pengaturan Timer/Counter 0, Timer/Counter 1 dan Timer/Counter 2 dilakukan melalui register TCCRn (Timer/Counter Control Register). Konfigurasi dari register TCCRn dapat dilihat pada gambar 2.4[4].

Gambar 2.4. Komponen Register TCCRn

COMn (1:0) (Compare Match Output Mode) berfungsi mengendalikan pin OCn. Jika kedua bit tersebut bernilai 0, maka OCn berfungsi sebagai pin biasa, apabila salah satu bit bernilai 1, maka fungsi dari OCn bergantung pada pengaturan bit WGMn.

Tabel 2.5. Mode Operasi

Mode WGMn1 WGMn0 Mode operasi TOP OCRn TOV0 Flage seton

0 0 0 Normal 0xFF Immediate MAX

1 0 1 PhaseCorrect PWM

0xFF TOP BOTTOM

2 1 0 CTC OCR0 Immediate MAX

3 1 1 Fast PWM 0xFF TOP MAX

Pada mode CTC (WGMn1=1 WGMn0= 0) cacahan selalu meningkat, ketika mencapai nilai maksimum akan kembali ke nol lagi. Dalam operasai normal flag timer/counter overflow (TVOn) akan aktif ketika terjadi overflow.

Karena selalu mencacah naik, maka dapat digunakan sebagai pewaktu presisi. Cara kerja dari mode ini yaitu akan membandingkan antara OCRn sama dengan TCNTn, jika sama maka pencacahan timer dimulai dari awal lagi, persamaan perhitungan waktu tunda:

Waktu_tunda = ……… 2.1

Keterangan :

fOSC = Kristal yang digunakan (Hz). Pr escaler = Pembagi waktu presisi (datasheet).

Nilai dari register TCNTn diisni dengan nilai waktu_tunda. Ketika timer/counter diaktifkan TCNTn akan mencacah naik sebanyak waktu tunda untuk mencapai nilai maksimal (0xFF) sesuai dengan waktu tundaan yang diinginkan.

2.1.4. ADC (

Analog Digital Converter

)

tegangan referensi ADC kemudian dikalikan dengan bit ADC yang dipakai yang akan menghasilkan suatu nilai konversi ADC tertentu. Perhitungan ADC 8 bit pada ATMega8535 dapat dihitung dengan persamaan[4]:

256……….. 2.2

Faktor pengali untuk ADC 8 bit adalah 256 (256 dikonversi ke data biner = 8 bit) . Tegangan referensi ADC dapat diatur menggunakan tegangan referensi internal atau eksternal, dengan syarat tegangan referensi ADC tidak melebihi AVCC.

Pada penggunaan ADC terdapat proses inialisasi ADC yang meliputi penentuan clock, tegangan referensi, format output data, dan mode pembacaan. Sedangkan register yang perlu di set adalah ADMUX, dan ADCSRA.

ADMUX adalah register 8 bit yang berfungsi menentukan tegangan referensi ADC, format data output dan saluran ADC yang digunakan. Konfigurasi ADMUX seperti pada tabel 2.6[4].

Tabel 2.6. Konfigurasi ADMUX

REFS1 REFS0 ADLAR - MUX3 MUX2 MUX1 MUX0

Bit penyusun ADMUX adalah sebagai berikut :

a. REFS[0..1] merupakan bit pengatur tegangan referensi ADC ATMega8535 b. ADLAR merupakan bit pemilih format data keluaran ADC dalam register ADCH. c. MUX[0..3] merupakan bit pemilih saluran input ADC.

ADCSRA merupakan register 8 bit yang digunakan untuk manajemen sinyal kontrol dan status ADC. Konfigurasi ADCSRA seperti pada tabel 2.7[4].

Tabel 2.7. Konfigurasi ADCSRA

ADEN ADSC ADFR ADIF ADIE ADPS2 ADPS1 ADPS0

d. ADIF merupakan bit penanda akhir suatu konversi ADC.

e. ADIE merupakan bit pengatur aktivasi interupsi ADC conversion complete. f. ADPS[0..2] merupakan bit pengatur clock ADC.

2.2. Komunikasi Serial USART

Universal Synchronous and Asynchronous Serial Receiver and Transmitter

(USART) merupakan salah satu mode komunikasi serial yang dimiliki oleh ATMega8535. USART merupakan komunikasi yang memiliki fleksibilitas tinggi, yang dapat digunakan untuk transfer data baik antar mikrokontroler maupun dengan modul-modul eksternal termasuk PC.

USART memungkinkan transmisi data baik secara synchronous maupun asynchronous sehingga dengan demikian USART kompatibel dengan UART. Pada ATMega8535, secara umum pengaturan mode komunikasi baik secara synchronous maupun asynchronous adalah sama, perbedaan hanya pada clock saja. Jika pada mode asynchronous masing-masing peripheral memiliki sumber clock sendiri, sedangkan pada mode synchronous hanya ada satu sumber clock yang digunakan secara bersama-sama. Secara hardware untuk mode asynchronous hanya membutuhkan 2 pin yaitu TXD dan RXD, sedangkan pada mode synchronous membutuhkan 3 pin yaitu TXD, RXD, dan XCK[2].

2.2.1. Inisialisasi USART

Dalam proses inisialisasi ada beberapa register yang perlu diperhatikan antara lain UBRR, UCSRB, dan UCSRC. UBRR merupakan register 16 bit yang berfungsi melakukan penentuan kecepatan transmisi data yang digunakan. UBRR dibagi menjadi dua seperti pada tabel 2.8.

Tabel 2.8. Konfigurasi UBRR

URSEL - - - UBRR[11..8] UBRRH UBRRL UBRR[7..0]

Bit penyusun UBRR adalah sebagai berikut :

a. URSEL merupakan bit pemilih antara akses UBRR dan UCSRC.

UBRRH menyimpan 4 bit data seting boud rate dan UBRRL menyimpan data bit sisa. Data yang dimasukkan ke UBRRH dan UBRRL dihitung sesuai tabel 2.9[2]. U2X merupakan merupakan bit pada register UCSRA.

Tabel 2.9. Rumus Perhitungan Baud Rate dan UBRR

Mode Operasi Rumus Baud Rate Rumus UBRR

Mode Asinkron kecepatan

normal (U2X=0) 16 1 16 1

Mode Asinkron kecepatan

ganda (U2X=1) 8 1 8 1

Mode Sinkron

2 1 2 1

UCSRB merupkan register 8 bit yang mengatur aktivasi penerimaan dan pengiriman USART. Komposisi UCSRB seperti tabel 2.10.

Tabel 2.10. Konfigurasi UCSRB

RXCIE TXCIE UDRIE RXEN TXEN UCSZ2 RXB8 TXB8

Bit penyusun UCSRB adalah sebagai berikut :

a. RXCIE mengatur aktivasi interupsi penerimaan data serial. b. TXCIE mengatur aktivasi interupsi pengiriman data serial.

c. UDRIE mengatur aktivasi interupsi yang berhubungan dengan kondisi bit UDRE pada UCSRA.

d. RXEN merupakan bit pengatur aktivasi penerima serial ATMega8535. e. TXEN merupakan bit pengatur aktivasi pengirim serial ATMega8535. f. UCSZ2 menentukan ukuran karakter serial yang dikirimkan.

UCSRC merupakan register 8 bit yang digunakan untuk mengatur mode dan kecepatan komuniksi serial. Komposisi UCSRC seperti pada tabel 2.11[2].

Tabel 2.11. Konfigurasi UCSRC

Bit penyusun UCSRC adalah sebagai berikut :

a. URSEL merupakan bit pemilih akses antara UCSRC dan UBRR.

b. UMSEL merupakan bit pemilih komunikasi serial antara sinkron dan asinkron. c. UPM [1..0] merupakan bit pengatur paritas.

d. USBS merupakan bit pemilih ukuran bitstop.

e. UCSZ1 dan UCSZ0 merupakan bit pengatur jumlah karakter serial.

f. UCPOL merupakan bit pengatur hubungan antara perubahan data keluaran data masukkan serial dengan clock sinkron.

2.3. Komunikasi Serial RS232

RS-232 (Recomended Standart-232) adalah sebuah standar yang ditetapkan oleh Electronic Industry Association dan Telecomunication Industry Association pada tahun 1962. RS-232 pada komputer menggunakan konektor DB9 sedangkan untuk sinyal lengkap dipakai konektor DB25. Untuk konfigurasi pin dan nama bagian dari konektor serial DB9 ditunjukkan pada tabel 2.12[6].

Gambar 2.5. Konfigurasi Konektor DB9 [6]

Tabel 2.12. Konfigurasi Pin dan Nama Bagian dari Konektor Serial DB9 [6]

No pin Nama pin Definisi Keterangan

1 CD Carrier Detect Saluran sinyal ini akan diaktifkan ketika DTE mendeteksi suatu carrier dari DCE.

2 RD Received Data Sebagai jalur penerimaan data serial. 3 TD Transmit Data Sebagai jalur pengiriman data serial. 4 DTR Data Terminal

Ready

Karakteristik sinyal yang diatur pada RS-232 meliputi level tegangan sinyal, kecuraman perubahan tegangan (slew rate) dari level tegangan ‘0’ menjadi ‘1’ dan sebaliknya. Beberapa parameter yang ditetapkan EIA (Electronics Industry Association) antara lain :

a. Level tegangan antara +3 sampai +25 Volt pada input line receiver sebagai level tegangan ‘0’, dan tegangan antara –3 sampai –25 Volt sebagai level tegangan ‘1’. b. Level tegangan output line driver antara +5 sampai +25 Volt untuk menyatakan level

tegangan ‘0’, dan antara –5 sampai –25 Volt untuk menyatakan level tegangan ‘1’. c. Beda level tegangan sebesar 2 Volt disebut sebagai noise margindari RS-232.

Pada komunikasi serial RS 232 digunakan IC MAX 232 yang berfungsi sebagai buffer pada mode transmisi asynchronous antara komputer dengan IC keluarga TTL. Konfigurasi pin IC MAX ditunjukan pada gambar 2.6[7].

  5 SG Signal Ground Saluran ground.

6 DSR Data Set Ready Dengan saluran ini, DTE

memberitahukan bahwa siap melakukan komunikasi.

7 RST Request To

Send

Dengan saluran ini, DCE diminta mengirim data oleh DTE.

8 CTS Clear To Send Dengan saluran ini, DCE

memberitahukan bahwa DTE boleh mulai mengirim data.

9 RI Ring Indicator Dengan saluran ini, DCE

IC MAX 232 mempunyai fungsi pengubah level tegangan RS232 ke level tegangan TTL dan juga sebaliknya yaitu dari level tegangan TTL ke level tegangan RS232. Berikut tabel hubungan antara level tegangan TTL dengan level tegangan RS232 [6].

Tabel 2.13. Hubungan antara Level Tegangan TTL dan Level Tegangan RS232 [6] Tipe Jalur dan Level Logika Tegangan

RS232

Tegangan TTL ke / dari MAX 232 Transmisi Data (RD/TD) Logika 0 3V ke 25V 0V Transmisi Data (RD/TD) Logika 1 -3V ke -25V 5V Sinyal Kontrol (RTS/CTS/DTR/DSR) Logika 0 -3V ke -25V 5V Sinyal Kontrol (RTS/CTS/DTR/DSR) Logika 1 3V ke -25V 0V

2.4. Prinsip Kerja

Solenoid

Solenoid adalah alat yang digunakan untuk mengubah sinyal listrik atau arus listrik menjadi gerakan mekanis. Solenoid disusun dari kumparan dengan inti besi yang dapat bergerak. Jika ada arus listrik mengalir pada sebuah kumparan, maka di sekitar kumparan tersebut akan muncul medan magnet. Terjadinya perubahan fluks magnet pada sebuah sirkuit tertutup, maka dalam sirkuit tersebut akan muncul gaya gerak listrik. Arah arus GGL tersebut meyebabkan medan magnet yang dihasilkannya akan melawan perubahan fluks magnet tersebut. Sehingga bila solenoid diberi arus listrik maka akan terjadi pergerakan dari tuas/inti besi dari solenoid tersebut sebagai akibat gaya dari perubahan fluks magnet.

Gambar 2.7. Prinsip Kerja Solenoid.

2.4.1.

Driver

Solenoid

Hukum tegangan Kirchhoff mengatakan bahwa jumlah tegangan pada jalur tertutup = 0. Jika diterapkan pada Gambar 2.9, Hukum tegangan Kirchhoff akan menghasilkan persamaan[9] :

VCE =VCC −(ICxRC)………. 2.4

Hubungan antara IB dan IC :

….….…….………….………….……… 2.5 Saat keadaaan terbuka (cut off) tidak ada arus yang mengalir melalu beban RC, kecuali arus bocor yang nilainya sangat kecil (IC =0), maka tegangan VCE dapat dirumuskan menjadi persamaan :

VCE =VCC….….……….………...… 2.6

Sedangkan saat keadaan tertutup, terjadi bila transistor mendapatkan tegangan positif pada basis, transistor akan menjadi saturasi maka arus IB mengalir dan menyebabkan arus mengalir dari kolektor IC ke emiter IE melalui beban RC sehingga tegangan anatara kolektor dan emitter menjadi nol (VCE = 0) dan tegangan yang jatuh pada beban RC dapat ditulis dengan persamaan :

V_CC =I_CxR_C….….………...………..… 2.7

2.6. Modul LCD 16 x 2 M1632

Modul LCD 16 x 2 merupakan modul LCD matrix dengan konfigurasi 16 karakter dan 2 baris dengan setiap karakternya dibentuk 8 baris pixel dan 5 kolom pixel ( 1 baris terakhir adalah kursor ). Pada Modul LCD M1632 telah dilengkapi dengan mikrokontroler pengendali, berupa HD44780. Mikrokontroler ini dirancang khusus untuk mengendalikan LCD dan mempunyai kemampuan untuk mengatur proses scanning pada layar LCD yang terbentuk oleh 16 COM dan 40 SEG sehingga mikrokontroler atau perangkat yang mengatur modul LCD ini tidak perlu lagi mengatur proses scanning pada layar LCD. Perangkat tersebut hanya mengirimkan data-data yang merupakan karakter yang akan ditampilkan pada LCD atau perintah yang mengatur proses tampilan LCD saja.

B C I

Berikut gambar modul LCD 16x2[10].

Gambar 2.10. Modul LCD 16x2

2.6.1. Konfigurasi

Pin

LCD Modul M1632

Konfigurasi pin-pin LCD modul M1632 adalah sebagai berikut[10] : a. Pin 1 (VSS atau GND )

Pin ini merupakan masukan tegangan 0 volt (ground) dari HD44780 dan modul LCD. b. Pin 2 (VCC)

Pin ini merupakan masukan tegangan +5 volt dari HD44780 dan modul LCD. c. Pin 3 (VEE/VLCD)

Pin ini merupakan masukan tegangan untuk mengatur kontras LCD. Kontras mencapai nilai maksimum pada saat kondisi pin ini pada tegangan 0 volt.

d. Pin 4 (RS)

Register Select, pin pemilih register yang akan diakses. Untuk mengakses ke register data, logika dari pin ini adalah 1 dan untuk mengakses ke register perintah, logika dari pin ini adalah 0.

e. Pin 5 (R/W)

Logika 1 pada pin ini menunjukan bahwa modul LCD sedang pada mode pembacaaan dan logika 0 menunjukan bahwa modul LCD sedang pada mode penulisan. Untuk aplikasi yang tidak memerlukan pembacaan data pada modul LCD, pin ini dapat dihubungkan langsung ke ground.

f. Pin 6 (E)

Enable Clock LCD, pin ini mengaktifkan clock LCD. Logika 1 pada pin ini diberikan pada saat penulisan atau pembacaan data.

g. Pin 7-14 (D0-D7)

h. Pin 15 (Anoda)

Berfungsi untuk masukan tegangan positif blacklight modul LCD. Semakin besar tegangannya maka blacklight modul LCD semakin terang.

i. Pin 16 ( Katoda)

Berfungsi untuk masukan tegangan ground blacklight modul LCD.

2.7. Baterai

Baterai adalah perangkat yang mampu menghasilkan tegangan DC, yaitu dengan cara mengubah energi kimia yang terkandung di dalamnya menjadi energi listrik melalui reaksi elektro kimia. Baterai terdiri dari beberapa sel listrik, sel listrik tersebut menjadi penyimpan energi listrik dalam bentuk energi kimia. Sel baterai terdiri dari elektroda – elektroda, elektroda negatif disebut katoda, yang berfungsi sebagai pemberi elektron sedangkan elektroda positif disebut anoda yang berfungsi sebagai penerima elektron. Ketika dua terminal sel dihubungkan dengan sirkuit luar dengan kabel, akan mengalir arus dari anoda ke katoda sedangkan elektron mengalir dari katoda ke anoda, keadaan ini disebut discharge[11].

Proses discharge baterai dengan beban yang sama memiliki karakteristik yang berbeda-beda. Karakteristik proses discharge dipengaruhi oleh bahan pembuat baterai (jenis baterai), dan suhu ruang saat proses discharge berlangsung[12]. Untuk penelitian kali ini, baterai yang digunakan dalam pengujian mainan bersuara adalah baterai jenis alkaline tipe LR44. Baterai ini memliki tegangan 1, 5 V. Gambar dimensi baterai dapat dilihat pada gambar 2.11.

Gambar 2.11. Dimensi Baterai Tipe LR44[13]

BAB III

PERANCANGAN

3.1. Arsitektur

Sistem

Sistem otomatisasi pengujian ketahanan baterai mainan bersuara terdiri dari 2 bagian, yaitu bagian perekaman dan bagian otomatisasi perekaman. Arsitektur umum sistem digambarkan dalam diagram blok yang ditunjukan pada gambar 3.1.

Gambar 3.1. Diagram Blok Sistem Otomatisasi Pengujian Baterai Mainan Bersuara

3.2. Spesifikasi Mainan Bersuara

Mainan bersuara yang akan diuji dalam sistem ini adalah mainan boneka yang dapat menghasilkan suara (mainan Barbie bersuara). Mainan ini merupakan mainan bersuara yang catu dayanya disuplai dari baterai. Mainan ini membutuhkan suplai tiga buah baterai tipe LR44 jenis lithium atau alkaline, masing-masing baterai mempunyai tegangan sebesar 1,5 V sehingga total catu daya baterai mainan bersuara tersebut adalah 4,5 V. Mainan ini dapat menghasilkan suara saat tombol on mainan ditekan. Pada mainan ini juga terdapat lampu yang akan menyala jika tombol on mainan ditekan. Suara dikeluarkan melalui speaker. Speaker dan lampu berada pada bagian depan mainan, sedangkan tombol on mainan untuk menghidupkan mainan dan tempat baterai berada pada bagian belakang mainan tersebut. Gambar mainan bersuara yang akan diuji dapat dilihat pada gambar 3.2.

Bagian depan Bagian belakang

Gambar 3.2. Mainan Bersuara yang akan Diuji

tidak mampu lagi memberikan suplai yang cukup. Dari hasil survei sejumlah orang, penurunan kualitas suara mainan, yaitu pada tegangan baterai 3,5 V (baterai mengalami penurunan tegangan 1 V dari keadaan tegangan baterai full). Berdasarkan hasil survei tersebut, penulis mengambil acuan bahwa level tegangan 3,5 V adalah level tegangan mainan mengalami penurunan kualitas suara (suara tidak baik lagi).

3.3. Perancangan Otomatisasi Perekaman

Berdasarkan gambar 3.1, secara umum perancangan otomatisasi perekaman terdiri dari 2 bagian yaitu perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software). Perangkat keras otomatisasi pengujian ketahanan baterai mainan bersuara berupa kotak perekam suara mainan (proses perekaman menggunakan mic), minimum sistem mikrokontroler ATMega8535, dua buah driver dan aktuator solenoid sebagai pengunci kotak perekam dan penekan otomatis tombol on mainan, konektor baterai untuk pengambilan data tegangan baterai, sebuah buzzer sebagai penanda alarm tegangan baterai lemah atau pengujian baterai telah selesai, sebuah penampil status mikrokontroler berupa LCD, interlock proses perekaman, dan rangkaian jembatan RS232 untuk komunikasi antara mikrokontroler dengan komputer. Sedangkan perangkat lunak berupa program pengendali perekaman suara, program ADC (Analog to Digital Converter) sebagai pengecek tegangan baterai, program alarm buzzer saat baterai lemah dan program komunikasi serial antara mikrokontroler dengan komputer, yaitu pengiriman data ADC untuk ditampilkan ke komputer, penerimaan data dari komputer untuk perintah penekanan tombol mainan, perintah untuk menghidupkan buzzer saat pengujian baterai telah selesai, dan program untuk LCD sebagai penampil status mikrokontroler.

3.4. Perancangan

Kotak

Perekam

3.5. Perancangan

Interlock

Kotak Perekam

Di dalam kotak perekam terdapat dua buah interlock. Interlock 1 akan dipasang pada tutup kotak bagian perekaman dan sedangkan interlock 2 pada dudukan obyek yang akan diuji. Kedua interlock menggunakan limit switch normally open, sehingga ketika kotak bagian perekaman dalan keadaan tertutup dan terdapat obyek pada kotak perekam, limit switch menjadi aktif karena limit switch tertekan tutup kotak dan obyek yang akan diuji. Gambar 3.4 merupakan perancangan interlock yang akan dibuat.

Gambar 3.4. Perancangan Interlock Kotak Perekam

Berdasarkan gambar 3.4, dapat dilihat bahwa interlock 1 dan interlock 2 terhubung dengan port C0 dan port C1 dengan logika aktif rendah. Ketika limit switch aktif maka logika pada port C0 dan C1 bernilai logika 0 karena port C0 dan C1 akan terhubung dengan GND. Pada program, port C0 dan C1 diberi pull up secara internal, artinya dalam kondisi normal logika pada port C0 dan C1 bernilai logika 1. Logika-logika di port C0 dan C1 digunakan untuk indikator kotak perekam. Saat pintu dalam keadaan tertutup dan terdapat obyek pengujian dalam kotak bagian perekaman logika pada port C0 dan C1 bernilai logika 0. Proses perekaman hanya dapat dilakukan saat kedua kondisi interlock dalam kodisi logika 0 artinya kotak perekam dalam keadaan tertutup dan terdapat obyek yang akan diuji. Data interlock akan dikirimkan ke komputer. Pada komputer data interlock akan digunakan sebagai syarat proses pengujian mainan bersuara dapat dimulai.

Interlockpintu

3.6. Perancangan

Driver

Solenoid

Untuk menggerakan solenoid yang dikontrol mikrokontroler membutuhkan sebuah driver solenoid. Driver solenoid menggunakan komponen utama berupa transistor yang berfungsi sebagai saklar. Pada perancangan transistor yang digunakan adalah transistor tipe BD 139 karena transistor memenuhi spesifikasi yang dibutuhkan untuk menghidupkan solenoid sebagai pengunci tutup kotak bagian perekaman dan penekan tombol on mainan. Mikrokontoler bekerja untuk menghidupakan dan mematikan transistor sebagai saklar yaitu dengan memberi masukan logika 1 atau 0 pada kaki basis.

Gambar 3.5. Rangkaian DriverSolenoid

Berdasarkan gambar 3.5, transistor sebagai saklar akan aktif jika diberi logika 1 (tegangan 5 V) karena untuk menghidupkan transistor BD 139 dibutuhkan tegangan VBE transistor sebesar ≥ 0,7 V. Dalam proses perekaman, hentakan solenoid diusahakan tidak terlalu besar karena dapat terekam oleh mic sehingga mengganggu proses perekaman, oleh karena itu perlu dilakukan perhitungan kebutuhan arus untuk menghidupkan solenoid (IC). Untuk mengetahui nilai IC yang dibutuhkan solenoid, terlebih dahulu dilakukan pengukuran hambatan dalam solenoid (RC) dengan multimeter, yang kemudian akan dirumuskan dalam persamaan 2.7.

C C CC I xR

V =

Sehingga :

Dari perancangan di atas didapat RB sebesar 2 kΩ. Pada rangkaian driversolenoid besarnya nilai RB mempengaruhi besarnya nilai IC, sehingga untuk menghasilkan nilai IC yangsesuai dengan kebutuhan arus solenoid perlu dilakukan perhitungan nilai RB transistor sebagai saklar. Penambahan D1 (dioda freewheeling) pada rangkaian driver solenoid bertujuan untuk mengamankan transistor dari arus balik kumparan yang terdapat pada solenoid. Hal ini karena kondisi induktor yang telah terisi tegangan dan arus pada saat transistor sebagai saklar aktif akan melepaskan tegangan dan arus tersebut, karena medan magnet pada induktor runtuh sehingga induktor akan melepaskan tegangan balik dengan nilai yang negatif (VL = -L di/dt) [9]. Dan disinilah fungsi dari dioda freewheeling yaitu untuk menangani tegangan balik tersebut agar tegangan balik tersebut tidak masuk ke transistor.

Perancangan driversolenoid untuk penekanan tombol dan pengunci kotak perekam sama, karena pada perancangan penulis menggunakan solenoid dengan karakteristik yang sama. Dalam perancangan solenoid 1 digunakan untuk pengunci tutup kotak bagian perekaman dan solenoid 2 digunakan untuk penekanan tombol on mainan. Solenoid 1

B C I

sebagai penguncian kotak perekam aktif saat ada perintah mengunci dari komputer dan non aktif ketika ada perintah membuka kunci dari komputer, sedangkan solenoid 2 sebagai penekan tombol on mainan akan aktif sesaat jika ada interupsi dari komputer untuk menekan tombol on mainan. Kerja sistem solenoid sebagai penekan tombol yaitu saat solenoid aktif, batang solenoid terdorong dan kemudian mendorong tombol push on mainan. Pada solenoid ini diberi sebuah karet untuk mengurangi benturan yang dapat merusak tombol on mainan. Sedangkan kerja sistem solenoid sebagai pengunci yaitu saat solenoid aktif, batang solenoid terdorong, sehingga batang tersebut masuk ke celah kotak perekam sehingga pintu tidak dapat terbuka (solenoid dipasang pada tutup kotak bagian perekaman). Penguncian tutup kotak bagian perekaman dimaksudkan agar pada saat proses pengujian (perekaman) mainan bersuara tutup tidak dapat dibuka, karena jika terbuka proses perekaman dapat terganggu suara lain dari luar.

3.7. Perancangan

Konektor

Baterai

Konektor baterai terbuat dari dua buah plat konduktor yang terhubung dengan anoda dan katoda baterai mainan bersuara. Konektor baterai terhubung ke port A.0 ATMega8535 sebagai input ADC untuk diolah menjadi data digital yang akan dikirimkan ke komputer untuk menampilkan tegangan baterai dalam bentuk grafik dan sebagai data level tegangan baterai.

Gambar 3.6. Koneksi Konektor Baterai dengan ATMega8535

Pada perancangan konektor baterai dibuat menggunakan plat besi kaku dengan posisi tertentu sehingga dapat mengenai kutub katoda dan anoda baterai mainan bersuara, sehingga saat pengujian mainan bersuara penguji hanya perlu mumbuka tutup baterai maianan bersuara.

Katoda Baterai

PORTA.0

GND

Anoda Baterai

Gambar 3.7. Koneksi Plat Besi pada Baterai

3.8. Perhitungan Nilai ADC Baterai

Pengubahan tegangan baterai dari analog ke digital menggunakan fasilitas ADC mikrokontroler 8 bit dengan V ref internal sebesar 5 V. ADC yang digunakan 8 bit karena komunikasi serial antara mikrokontroler dengan komputer memiliki 8 bit jalur data. Pada saat pengujian, obyek yang akan diuji mengunakan baterai tegangan 1,5 V sejumlah 3 buah, sehingga 3 buah baterai memiliki tegangan = 1,5 V x 3 = 4,5 V, jika dikonversi ke data digital dengan perhitungan nilai konversi ADC pada persamaan 2.2 maka diperoleh nilai konversi :

V 256

4,5

5 256 230.4 230 6 11100110

3.9. Perancangan

Minimum

Sistem

ATMega8535

Perancangan minimum sistem ATMega8535 dapat dilihat pada gambar 3.8.

Gambar 3.8. Rangkaian Minimum Sistem ATMega8535

mereset saat terjadi error. Prinsip kerja rangkaian reset adalah pemberian tegangan pada kaki reset yang tidak bersamaan dengan tegangan catu mikrokontroler (Vcc). Pemberian tegangan pada reset ekternal dilakukan setelah pemberian tegangan catu mikrokontroler dengan waktu tunda tertentu (datasheet)[5]. Untuk mendapatkan waktu tunda, pada rangkaian reset dipasang kapasitor dan resistor secara paralel. Kapasitor akan menghasilkan waktu tunda tegangan yang masuk ke reset, karena adanya proses pengisian tegangan pada kapasitor terlebih dahulu. Waktu pengisian kapasitor dihitung dengan persamaan T = R x C. Kapasitor yang digunakan ditentukan sebesar 10 uf, resistor yang digunakan menyesuaikan 1 kΩ. Sehingga didapat waktu pengisian kapasitor (waktu reset) T = 1000 Ω x 10 uf = 10 mS.

Pada minimum sistem juga disertai dengan regulator 5 V menggunakan IC 7805 untuk catu daya lebih dari 5 V pada minimum sistem. Pada masukan dan keluaran IC regulator terdapat duah buah kapasitor C7 dan C8 yang berfungsi sebagai filter. Nilai kapasitansi dari C7 sebesar 0,33 µf dan kapasitansi C8 sebesar 0,1 µf, didapat dari rekomendasi datasheet IC regulator 7805[15]. Pada input VCC regulator terdapat diode yang dipasang untuk biasa maju, sehingga saat terjadi kesalahan pemasangan sumber tegangan yang terbalik tidak merusak sistem, karena arus tidak dapat melewati dioda.

3.10. Perancangan Rangkaian Jembatan RS232

Komunikasi data antara mikrokontroler dengan komputer secara serial memerlukan rangakaian jembatan RS232 agar level tegangan mikrokontroler dapat disesuaikan dengan level tegangan RS232 pada komputer. Untuk menyesuaikan tegangan tersebut pada perancangan rangakaian jembatan RS232 digunakan IC MAX232 sebagai pengubah level tegangan RS232 ke level tegangan TTL dan juga sebaliknya. Gambar perancangan jembatan RS232 dapat dilihat pada gambar 3.9.

Pada rangakaian jembatan RS232 terdapat 4 buah kapasitor C1, C2, C3, dan C4 dengan masing-masing nilai 1µf sesuai kapasitor yang dibutuhkan pada datasheet MAX232[7]. Pada C2 kutub positif kapasitor dihungkan ke ground, sedangkan kutub negatif kapasitor dihubungkan ke IC, hal ini dikarenakan tegangan pada IC yang terhubung C2 negatif. Catu daya jembatan RS232 adalah 5 V. LED 1 dan LED 2 berfungsi sebagai indikator pemasangan TX/RX antara mikrokontroler dan RS232 komputer terhubung dengan benar. Nilai R1 dan R2 didapat dari perhitungan nilai R = V/I = 5 V / 15 mA 330 Ω, dengan V = pengukuran tegangan pada TX/RX saat mikrokontroler dihubungkan dengan rangkaian jembatan RS232 dan I = arus yang dibutuhkan LED (datasheet)[14].

3.11. Perancangan Antarmuka Sistem dengan Mikrokontroler

Berdasarkan sistem yang ada maka pembagian port pada mikrokontroler dirancang sebagai berikut :

1. Piranti masukan data level tegangan baterai yang berasal dari konektor baterai memerlukan sebuah port yang berfungsi sebagai input ADC ditetapkan pada port A0. 2. Piranti masukan interlock kotak perekam yang berfungsi sebagai indikator dalam

keadaan tertutup dan terdapan obyek yang akan di uji pada port C0 dan port C1.

3. Piranti komunikasi serial antara mikrokontroler dengan komputer menggunakan jembatan RS232 ditetapkan pada port D0 sebagai Rx (receiver) dan port D1 sebagai Tx (tranciever) sesuai datasheet ATMega8535 port yang digunakan untuk komunikasi mikrokontroler.

4. Piranti keluaran berupa buzzer ditetapkan pada port D5.

5. Piranti keluaran berupa driver solenoid 1, untuk menggerakan solenoid 1 sebagai pengunci tutup kotak bagian perekamanditetapkan pada port D6.

6. Piranti keluaran berupa driver solenoid 2, untuk menggerakan solenoid 2 sebagai penekantombol mainanditetapkan pada port D7.

7. Piranti keluaran penampil status mikrokontroler berupa LCD ditetapkan pada port B0-B7.

Gambar 3.10. Perancangan Antarmuka Mikrokontoler

3.12. Perancangan Diagram Alir Program

Perancangan diagram alir program merupakan alur program mikrokontroler untuk sistem otomatisasi perekaman dan pengujian baterai mainan bersuara. Diagram alir program terdiri dari diagram alir sistem utama (main program) dan sub sistem.

3.12.1. Diagram

Alir

Main

Program

Main program merupakan program secara looping untuk menunggu interupsi dari komputer. Ketika suatu interupsi masuk, maka main program akan berpindah menuju program sub sistem. Diagram alir dari sistem utama otomatisasi pengujian baterai mainan berusuara ditunjukan pada gambar 3.11.

3.12.2.

Diagram Alir Program Sub-Sistem

Diagram alir sub sistem merupakan diagram alir berdasarkan bagian-bagian yang terdapat pada main program yang meliputi sistem pengiriman data interlock, interupsi kunci kotak perekam, pengambilan data level tegangan baterai sebagai input ADC yang akan dikirimkan ke komputer, pengaktifan solenoid sebagai penekan tombol on mainan, perintah untuk menghidupkan buzzer, dan interupsi stop pengujian yang terdiri dari penonaktifan buzzer dan buka kunci tutup kotak bagian perekaman. Status dari mikrokontoler kemudian ditampilkan pada LCD. Berikut masing-masing diagram alir sub sistem:

3.12.2.1. Diagram Alir Kirim Data

Interlock

Berdasarkan gambar 3.12, saat input Rx atau D0 menerima data dari komputer berupa data “I”, mikrokontoler diberi interupsi untuk mengirimkan data interlock ke komputer. Data interlock yang dikirim ke komputer adalah untuk mengetahui status kotak perekaman dalam keadaan siap untuk proses perekaman (pintu kotak bagian perekaman dalam keadaan tertutup dan terdapat obyek yang diuji) dan kotak perekaman dalam keadaan tidak siap untuk proses perekaman (pintu kotak bagian perekaman dalam keadaan terbuka atau tidak terdapat obyek yang diuji atau dalam kondisi kedua-duanya). Pada keadaan kotak perekam siap, maka mikrokontroler akan mengirimkan data 8 bit “00000001”. Status mikrokontoler yang ditampilkan LCD adalah “Kotak Siap”, sedangkan pada keadaan kotak perekam tidak siap, mikrokontroler akan mengirimkan data 8 bit “00000000” dan status mikrokontoler yang ditampilkan LCD adalah “Kotak Tidak Siap”. Data interlock kotak perekam dalam keadaan siap yang dikirim akan digunakan komputer sebagai syarat proses perekaman dapat dimulai.

3.12.2.2. Diagram Alir Kunci Tutup Kotak Perekam (Aktifkan

Solenoid

1)

Berdasarkan gambar 3.13, saat input Rx atau D0 menerima data dari komputer berupa data “L”, maka komputer menginterupsikan mikrokontroler untuk mengaktifkan solenoid 1. Pengaktifan solenoid 1 yaitu dengan cara mikrokontroler memberi logika tinggi (logika 1) pada driver solenoid 1. Pemberian logika 1 pada driver solenoid 1 akan mengaktifkan solenoid 1 untuk mengunci tutup kotak bagian perekaman, sedangkan pemberian logika 0 pada driver solenoid 1 akan menonaktifkan solenoid 1 untuk membuka kunci tutup kotak bagian perekaman. Pemberian logika 0 driver solenoid 1 diberikan saat pegujian selesai (stop pengujian).

3.12.2.3. Diagram Alir ADC dan Pengiriman Data ADC

Gambar 3.14. Flow Chart Interupsi Kirim ADC

komputer. Pada keadaan ini status mikrokontoler yang ditampilkan LCD adalah “Kirim ADC” berserta nilai ADC yang dikirim yang diubah dalam satuan Volt.

3.12.2.4. Diagram Alir Tekan Tombol (

Solenoid

2)

Gambar 3.15. FlowChart Tekan Tombol

3.12.2.5. Diagram Alir

Alarm

berupa

Buzzer

Gambar 3.16. FlowChartAlarm Aktifkan Buzzer

Berdasarkan gambar 3.16, perintah untuk menghidupkan buzzer terjadi saat input Rx atau D0 menerima data dari komputer berupa data “B”. Pengaktifkan buzzer yaitu dengan cara mikrokontroler memberika logika 1 (tegangan 5 V) pada buzzer. Buzzer yang digunakan memiliki tegangan catu daya 5 V. Penghidupan buzzer dilakukan saat kualitas suara yang dihasilkan mainan bersuara sudah tidak baik lagi, dengan pengertian lain baterai sudah tidak mampu lagi memberi suplai yang cukup pada mainan bersuara. Pengujian kualitas baterai dinyatakan selesai. Pada keadaan ini status mikrokontoler yang ditampilkan LCD adalah “Pengujian Selesai”.

3.12.2.6. Diagram Alir

Stop

Pengujian

Stop pengujian dilakukan dengan cara menekan tombol pada message box stop pengujian pada tampilan komputer. Pada keadaan ini status mikrokontoler yang ditampilkan LCD adalah “Stop Pengujian”. Setelah proses pengujian selesai, user mengganti baterai pada mainan yang diuji untuk proses pengujian baterai berikutnya.

Gambar 3.17. FlowChartStop Pengujian

Tabel 3.1. Delapan Bit Data Interupsi Komputer ke Mikrokontroler

Data

bit data ke-

Interupsi Mikrokontroler

7 6 5 4 3 2 1 0

A 0 0 1 1 0 0 0 0 Kirim ADC ke komputer B 0 0 0 0 1 1 0 0 Aktifkan Buzzer S 0 0 0 0 0 0 1 1 Tekan Tombol Mainan I 0 0 1 1 1 1 0 0 Kirim data interlock L 1 1 0 0 0 0 1 1 Kunci tutup perekam Z 1 1 1 1 1 1 1 1 Stop Pengujian

Tabel 3.2. Delapan Bit Data Interlock

Data Status interlock mikrontroler

0 0 0 0 0 0 0 0 Kotak Tidak Siap 0 0 0 0 0 0 0 1 Kotak Siap

3.13. Perancangan Tampilan LCD

Pada perancangan otomatisai pengujian ketahanan baterai mainan bersuara terdapat LCD yang digunakan sebagai penampil status mikrokontroler. Perancangan tampilan LCD dapat dilihan pada tabel 3.3.

Tabel 3.3. Tampilan LCD Status Mikrokontroler

Status Mikrokontroler Tampilan LCD

Tidak ada aktifitas Standby

Kirim data interlock Kotak Tidak Siap / Kotak Siap

Aktifkan Solenoid 1 Kotak Terkunci

Aktifkan Solenoid 2 Penekanan Tombol

Kirim ADC ke komputer Kirim Data ADC serta Nilainya (V)

Aktifkan Buzzer Pengujian Selesai

Stop Pengujian Stop Pengujian

Data Yang Diterima Tidak Ada Dalam Protokol Komunikasi

Gambar 4.2. Kotak Perekam Bagian Depan

Gambar 4.3. Kotak Perekam Bagian Belakang

Gambar 4.1 merupakan tampilan model sistem kotak perekam. Kotak perekam memiliki 2 bagian yang terpisah. Bagian pertama adalah bagian hardware untuk peletakan rangkaian elektronis sistem, sedangkan bagian kedua adalah bagian perekaman yang digunakan untuk proses pengambilan data suara mainan. Gambar 4.2 merupakan tampilan depan kotak perekam. Pada bagian depan kotak perekam terdapat LCD sebagai penampilan status mikrokontroler dan lampu LED sebagai indikator power on sistem. Gambar 4.3 merupakan tampilan belakang kotak perekam. Pada bagian belakang kotak perekam terdapat buzzer, tombol reset, tombol power sistem, port RS232 serta jalur kabel catu daya sistem dan kabel microphone.

Pada bagian dalam dan bagian luar kotak perekam, permukaan kotak dilapisi dengan karpet peredam, hal ini bertujuan untuk menghasilkan ruang kedap suara sehingga suara mainan dapat diterima microphone dengan baik serta untuk meminimalkan gangguan suara dari luar saat proses perekaman. Pada kotak perekam, penekanan tombol on mainan menggunakan solenoid menimbulkan hentakan, sehingga dapat menggeser posisi mainan yang diuji. Untuk mecegah bergesernya posisi mainan, maka pada dudukan mainan yang diuji diberi 2 buah pengikat.

Gambar 4.4. Rangkaian Penyearah

4.2. Pengujian

Hardware

Pengujian hardware adalah pengujian rangkaian sistem yang diuji pada masing-masing blok. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui apakah rangkaian masing-masing-masing-masing blok dapat berfungsi sesuai perancangan. Pengujian ini tidak ada dalam variabel penelitian, tetapi pengujian masing-masing blok hardware diperlukan. Apabila terjadi error pada sistem, penulis dapat menelusuri penyebab error tersebut dari masing-masing blok hardware.

4.2.1. Pengujian Minimum Sistem ATMega8535

Minimum sistem mikrokontroler ATMega8538 yang disertai IC regulator 7805 untuk memenuhi kebutuhan tegangan 5 V hasil perancangan ditunjukkan pada gambar 4.5.

Gambar 4.5. Minimum Sistem ATMega8535