Alat Ukur Ketebalan Digital Menggunakan Sensor HC-SR04 Berbasis Arduino Uno R3

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1

Hardware

Arduino

Papan Arduino merupakan papan mikrokontroler yang berukuran kecil atau dapat diartikan juga dengan suatu rangkaian berukuran kecil yang didalamnya terdapat komputer berbentuk suatu chip yang kecil.Arduino didefinisikan sebagai sebuah

platform elektronik yang open source, berbasis pada software dan hardware yang fleksibel dan mudah digunakan, yang ditujukan untuk seniman, desainer, hobbies dan setiap orang yang tertarik dalam membuat objek atau lingkungan yang interaktif. Arduino pada awalnya dikembangkan di Ivrea, Italia.

Bahasa pemrograman arduino adalah bahasa pemrograman yang umum

digunakan untuk membuat perangkat lunak yang ditanamkan pada arduino board.Pada Gambar dibawah dapat dilihat sebuah papan Arduino dengan beberapa bagian komponen didalamnya.

Gambar 2.1 Hardware Arduino

Pada hardware arduino terdiri dari 20 pin yang meliputi:

a. 14 pin IO Digital (pin 0–13)

Sejumlah pin digital dengan nomor 0–13 yang dapat dijadikan input atau output yang diatur dengan cara membuat program IDE.

Sejumlah pin analog bernomor 0–5 yang dapat digunakan untuk membaca nilai

input yang memiliki nilai analog dan mengubahnya ke dalam angka antara 0 dan 1023.

c. 6 pin Output Analog (pin 3, 5, 6, 9, 10 dan 11)

Sejumlah pin yang sebenarnya merupakan pin digital tetapi sejumlah pin tersebut

dapat diprogram kembali menjadi pin output analog dengan cara membuat programnya pada IDE.

Papan Arduino Uno dapat mengambil daya dari USB port pada komputer dengan

menggunakan USB charger atau dapat pula mengambil daya dengan

menggunakan suatu AC adapter dengan tegangan 9 volt. Jika tidak terdapat

power supply yang melalui AC adapter, maka papan Arduino akan mengambil

daya dari USB port. Tetapi apabila diberikan daya melalui AC adapter secara

bersamaan dengan USB port maka papan Arduino akan mengambil daya melalui

AC adapter secara otomatis.

2.2

Software

Arduino

Software arduino yang digunakan adalah driver dan IDE, walaupun masih

ada beberapa

software lain yang sangat berguna selama pengembangan arduino.

IDE atau Integrated Development Environment suatu program khusus untuk suatu

komputer agar dapat membuat suatu rancangan atau sketsa program untuk papan

Arduino.IDE arduino merupakan

software yang sangat canggih ditulis dengan

menggunakan java. IDE arduino terdiri dari:

1.

Editor Program

Sebuah

window

yang memungkinkan pengguna menulis dan mengedit

program dalam bahasa processing

2.

Compiler

Sebuah modul yang mengubah kode program menjadi kode biner

bagaimanapun sebuah mikrokontroler tidak akan bisa memahami bahasa

processing.

Sebuah modul yang memuat kode biner dari komputer ke dalam memory di

dalam papan Arduino

Dalam bahasa pemrograman arduino ada tiga bagian utama yaitu :

a.

Struktur Program Arduino

1)

Kerangka Program

Kerangka program arduino sangat sederhana, yaitu terdiri atas dua blok.

Blok pertama adalah void setup() dan blok kedua adalah void loop.

Blok Void setup () : Berisi kode program yang hanya dijalankan sekali

sesaat setelah arduino dihidupkan atau di-reset. Merupakan bagian

persiapan atau instalasi program.

kurung kurawal tutup “}” sebagai tanda akhir program.

b.

Variabel :Sebuah program secara garis besar dapat didefinisikan sebagai

instruksi untuk memindahkan angka dengan cara yang cerdas dengan

menggunakan sebuah varibel.

c.

Fungsi :Pada bagian ini meliputi fungsi input output digital, input output

analog, advanced I/O, fungsi waktu, fungsi matematika serta fungsi

komunikasi.

Pada proses Uploader dimana pada proses ini mengubah bahasa pemrograman

yang nantinya dicompile oleh avr-gcc (avr-gcc compiler) yang hasilnya akan

disimpan kedalam papan arduino.Avr-gcc compiler merupakan suatu bagian

penting untuk software bersifat open source. Dengan adanya avr-gcc compiler,

maka akan membuat bahasa pemrogaman dapat dimengerti oleh mikrokontroler.

Proses terakhir ini sangat penting, karena dengan adanya proses ini maka akan

membuat proses pemrogaman mikrokontroler menjadi sangat mudah.Berikut ini

merupakan gambaran siklus yang terjadi dalam melakukan pemrogaman Arduino:

2. Tuliskan sketsa rancangan suatu program yang akan dimasukkan ke dalam papan

Arduino.

3. Upload sketsa program ke dalam papan Arduino melalui kabel USB dan kemudian tunggu beberapa saat untuk melakukan restart pada papan Arduino.

4. Papan Arduino akan mengeksekusi rancangan sketsa program yang telah dibuat

dan di-upload ke papan Arduino.

2.3 Sumber Daya dan Pin Tegangan Arduino

Arduino uno dapat diberi daya melalui koneksi USB (Universal Serial Bus) atau melalui power supply eksternal. Jika arduino uno dihubungkan ke kedua sumber daya tersebut secara bersamaan maka arduino uno akan memilih salah satu sumber daya

secara otomatis untuk digunakan. Power supplay external (yang bukan melalui USB) dapat berasal dari adaptor AC ke DC atau baterai.Adaptor dapat dihubungkan ke soket power pada arduino uno. Jika menggunakan baterai, ujung kabel yang dibubungkan ke baterai dimasukkan kedalam pin GND dan Vin yang berada pada konektor POWER.

Arduino uno dapat beroperasi pada tegangan 6 sampai 20 volt. Jika arduino uno diberi tegangan di bawah 7 volt, maka pin 5V akan menyediakan tegangan di bawah 5 volt dan arduino uno munkin bekerja tidak stabil. Jika diberikan tegangan melebihi 12 volt, penstabil tegangan kemungkinan akan menjadi terlalu panas dan merusak arduino uno. Tegangan rekomendasi yang diberikan ke arduino uno berkisar antara 7 sampai 12

volt.

2.4 Power

ArduinoUnodapat diaktifkanmelalui koneksiUSBataudengan satu daya eksternal. Sumberdayadipilih secara otomatis.Eksternal(non-USB) dapat di ambil baik berasaldari AC ke adaptor DC ataubaterai. Adaptor ini dapat dihubungkan dengan

menancapkan plug jack pusat-positif ukuran 2.1mm konektor POWER. Ujung kepala dari baterai dapat dimasukkan kedalam Gnd dan Vin pin header dari konektor POWER.Kisaran kebutuhan daya yang disarankan untuk board Uno adalah7 sampai dengan 12 volt, jika diberi daya kurang dari 7 volt kemungkinan pin 5v Uno dapat beroperasi tetapi tidak stabil kemudian jikadiberi daya lebih dari 12V, regulator

VIN. Tegangan masukan kepada board Arduino ketika itu menggunakan sumber

daya eksternal (sebagai pengganti dari 5 volt koneksi USB atau sumber daya lainnya).5V. Catu daya digunakan untuk daya mikrokontroler dan komponen lainnya3v3. Sebuah pasokan 3,3 volt dihasilkan oleh regulator on-board. GND. Ground pin.

2.5

Sensor HC-SR04

Sensor ultrasonik adalah sebuah sensor yang berfungsi untuk mengubah besaran fisis (bunyi) menjadi besaran listrik dan sebaliknya. Cara kerja sensor ini didasarkan pada prinsip dari pantulan suatu gelombang suara sehingga dapat dipakai untuk menafsirkan eksistensi (jarak) suatu benda dengan frekuensi tertentu. Disebut sebagai sensor ultrasonik karena sensor ini menggunakan gelombang ultrasonik (bunyi ultrasonik).

Sensor ini merupakan sensor ultrasonik siap pakai, satu alat yang berfungsi sebagai pengirim, penerima, dan pengontrol gelombang ultrasonik. Alat ini bisa digunakan untuk mengukur jarak benda dari 2cm - 4m dengan akurasi 3mm. Alat ini memiliki 4 pin, pin Vcc, Gnd, Trigger, dan Echo. Pin Vcc untuk listrik positif dan Gnd untuk ground-nya. Pin Trigger untuk trigger keluarnya sinyal dari sensor dan pin Echo untuk menangkap sinyal

pantul dari benda.

Gelombang ultrasonik adalah gelombang bunyi yang mempunyai frekuensi

sangat tinggi yaitu 20.000 Hz. Bunyi ultrasonik tidak dapat di dengar oleh telinga

manusia.Bunyi ultrasonik dapat didengar oleh anjing, kucing, kelelawar, dan

lumba-lumba.Bunyi ultrasonik nisa merambat melalui zat padat, cair dan gas.

Reflektivitas bunyi ultrasonik di permukaan zat padat hampir sama dengan

reflektivitas bunyi ultrasonik di permukaan zat cair. A kan tetapi, gelombang

Gambar 2.2Sensor HC-SR04

Cara menggunakan alat ini yaitu: ketika kita memberikan tegangan positif pada pin Trigger selama 10uS, maka sensor akan mengirimkan 8 step sinyal ultrasonik dengan frekuensi 40kHz. Selanjutnya, sinyal akan diterima pada pin Echo. Untuk mengukur jarak benda yang memantulkan sinyal tersebut, maka selisih waktu ketika mengirim dan

menerima sinyal digunakan untuk menentukan jarak benda tersebut.

Berikut adalah visualisasi dari sinyal yang dikirimkan oleh sensor HC-SR04

Gambar 2.3 sistem pewaktu pada sensor HC-SR04

Pada sensor ultrasonik, gelombang ultrasonik dibangkitkan melalui sebuah alat yang disebut dengan piezoelektrik dengan frekuensi tertentu. Piezoelektrik ini akan menghasilkan gelombang ultrasonik (umumnya berfrekuensi 40kHz) ketika sebuah osilator diterapkan pada benda tersebut. Secara umum, alat ini akan menembakkan

gelombang ultrasonik menuju suatu area atau suatu target. Setelah gelombang menyentuh permukaan target, maka target akan memantulkan kembali gelombang tersebut.

Gelombang pantulan dari target akan ditangkap oleh sensor, kemudian sensor

Gambar cara kerja sensor ultrasonik dengan transmitter dan receiver (atas), sensor

ultrasonik dengan single sensor yang berfungsi sebagai transmitter dan receiver sealigus oleh transmitter dan waktu ketika gelombang pantul diterima receiver.

Gambar 2.4 Sensor HC-SR04

2.6 Prinsip Kerja Sensor HC-SR04

secara detail, cara kerja sensor ultrasonik adalah sebagai berikut:

 Sinyal dipancarkan oleh pemancar ultrasonik dengan frekuensi tertentu dan

dengan durasi waktu tertentu. Sinyal tersebut berfrekuensi diatas 20kHz. Untuk mengukur jarak benda (sensor jarak), frekuensi yang umum digunakan adalah 40kHz.

 Sinyal yang dipancarkan akan merambat sebagai gelombang bunyi dengan

kecepatan sekitar 340 m/s. Ketika menumbuk suatu benda, maka sinyal tersebut

akan dipantulkan oleh benda tersebut.

 Setelah gelombang pantulan sampai di alat penerima, maka sinyal tersebut akan

diproses untuk menghitung jarak benda tersebut. Jarak benda dihitung berdasarkan rumus : S = 340.t/2

2.7 LCD (Liquid Crystal Display)

LCD (Liquid Crystal Display) adalah suatu jenis media tampil yang menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. LCD sudah digunakan diberbagai bidang misalnya alal–alat elektronik seperti televisi, kalkulator, ataupun layar komputer. Pada bab ini aplikasi LCD yang dugunakan ialah LCD dot matrik dengan jumlah karakter 2 x 16. LCD

sangat berfungsi sebagai penampil yang nantinya akan digunakan untuk menampilkan status kerja alat. Adapun fitur yang disajikan dalam LCD ini adalah :

1. Terdiri dari 16 karakter dan 2 baris. 2. Mempunyai 192 karakter tersimpan.

3. Terdapat karakter generator terprogram 4. Dapat dialamati dengan mode 4-bit dan 8-bit 5. Dilengkapi dengan back light.

6. Tersedia VR untuk mengatur kontras.

7. Pilihan konfigurasi untuk operasi write only atau read/write.

8. Catu daya +5 Volt DC dan Kompatibel dengan DT-51 dan DT-AVR Low Cost Series serta sistem mikrokontroler/mikroprosesor lain.

Gambar 2.5 LCD (Liquid Crystal Display)

Adapun konfigurasi dan deskripsi dari pin-pin LCD antara lain:

1.

Pin 1 dihubungkan ke Gnd

2.

Pin 2 dihubungkan ke Vcc +5V

3.

Pin 3 dihubungkan ke bagian tegangan potensiometer 10KOhm sebagai pengatur

kontras.

4.

Pin 4 untuk membritahukan LCD bahwa sinyal yang dikirim adalah data, jika Pin 4 ini

diset ke logika 1 (high, +5V), atau memberitahukan bahwa sinyal yang dikirim

5.

Pin 5 digunakan untuk mengatur fungsi LCD. Jika di set ke logika 1 (high, +5V) maka

LCD berfungsi untuk menerima data (membaca data). Dan fungsi untuk mengeluarkan data, jika pin ini di set ke logika 0 (low, 0V). Namun kebanyakan aplikasi hanya digunakan untuk menerima data, sehingga pin 5 ini selalu dihubungkan ke Gnd.

6.

Pin 6 adalah terminal enable. Berlogika 1 setiap kali pengiriman atau pembaca data.

7.

Pin 7 – Pin 14 adalah data 8 bit data bus (Aplikasi ini menggunakan 4 bit MSB saja,

sehingga pin data yang digunkan hanya Pin 11 – Pin 14).

8.

Pin 15 dan Pin 16 adalah tegangan untuk menyalakan lampu LCD.

Tabel 2.1 Deskripsi Pin Pada LCD

Pin Deskripsi

1 Ground

2 Vcc

3 Pengatur kontras

4 R“ I stru tio /Register Select

5 R/W Read/Write LCD Registers

6 EN E a le

7-14 Data I/O Pins

15 Vcc

16 Ground

dalam pembacaan dan penulisan data dari atau ke LCD. Kode ASCII yang ditampilkan

sepanjang 8-bit dikirim ke LCD secara 4-bit atau 8 bit pada satu waktu.

2.8 Resistor

Resistor adalah komponen dasar elektronika yang digunakan untuk membatasi jumlah arus yang menaglir dalam suatu rangkaian.Sesuai dengan namanya resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon.Dalam hukum ohm diketahui

bahwa resistansi berbanding terbalik dengan jumlah arus yang mengalir melaluinya.Satuan dari resistansi dari resistor disebut Ohm atau dilambangkan dengan (Omega).

Gambar 2.6 Gambar dan Lambang Resistor

Resistor umumnya berbentuk tabung dengan dua kaki tembaga dikiri dan kana. Dibadannya terdapat lingkaran berbentuk gelang kode warna yang memudahkan pemakai mengenali besar resistansi tanpa mengukur besarannya tanpa menggunakan

Ohm meter.

2.9 PCB (Printed Circuit Board)

PCB Printed Circuit Boardadalah sebuah papan yang penuh dengan komponen-komponen elektronika yang tersusun membentuk rangkaian elektronik atau tempat

rangkaian elektronika yang menghubungkan komponen elektronik yang satu dengan lainnya tanpa menggunakan kabel. Disebut dengan Papan Sirkuit karena diproduksi secara massal dengan cara mencetak. PCB dilapisi lapisan logam (tembaga) yang berfungsi sebagai penghubung antar komponen, Lapisan logam ini nantinya akan menjadi kabel yang tersusun rapi, setelah kita melarutkan pada larutan FerryClorit + air.

 Tahun 1936 - Papan sirkuit cetak pertama kali ditemukan oleh Paul Eisler,

ilmuwan Austria yang memasukkan penggunaan papan sirkuit ini ke dalam sebuah radio.

 1943 - Amerika Serikat menggunakan papan sirkuit dengan jumlah besar dalam

radio militer mereka.

 1948 - Komersialisasi papan sirkuit cetak di Amerika Serikat.

Setelah tahun 1950, papan sirkuit cetak telah digunakan secara massal di dalam industri elektronik.

Gambar 2.7 Papan PCB

Resistor variabel adalah sebuah komponen yang mempunyai karakteristik seperti

resistor namun nilainya tidak tetap (variabel) dan bisa diubah selama pemakaian.Perubahan nilai resistor ini karena diubah oleh sesuatu dari luar misalnya diputar atau digeser.Perubahan nilai dari resistor variabel biasanya dimanfaatkan untuk mengatur sesuatu yang sifatnya tidak tetap dan bergantung dari kondisi penerapan rangkaian. Ada beberapa jenis resistor variabel seperti trimmer potensiometer

(trimpot), slide potensiometer (slidepot) dan rotary potensiometer (potensio).Masing-masing jenis resistor variabel ini memiliki kegunaan dan penerapan yang berbeda-beda. Berikut ini beberapa penggunaan resistor variabel yang umum pada aplikasi sehari-hari :

1. Volume Control

2. Tone Control (Bass, Middle dan Treble)

3. Pengaturan tegangan dan arus

4. Pengaturan ukuran layar pada televisi analog 5. Setting referensi tegangan atau sinyal

Resistor variabel pada umumnya digambarkan menyerupai simbol resistor

dengan tanda panah ditengahnya.Karena kebanyakan resistor variabel berkaki tiga maka panah yang berada ditengah merupakan kaki ketiga yang berada ditengah dengan nilai resistansi yang berubah-ubah terhadap kaki pinggir.Perubahan nilai resistor ini tergantung pada posisi kaki tengah terhadap kaki pinggir.

Gambar 2.8 simbola dari resistor variabe

Nilai resistansi antara kaki pinggir merupakan nilai yang tertera pada body resistor varia el.Misal ya tertulis ilai kΩ aka esar ya resista si a tara kaki pi ggir selalu tetap se esar kΩ.Ke udia ilai resista si a tara kaki te gah de ga kaki pinggir berubah (variabel) sesuai dengan posisi kaki tengah terhadap kaki pinggir.

Jika posisi potensio berana pada kiri penuh maka besarnya resistansi kaki tengah dengan kaki sebelah kiri sama dengan nol dan besarnya resistansi kaki tengah dengan

kakai sebelah ka a se esar kΩ. Da se alik ya saat posisi ka a pe uh maka besarnya resistansi kaki tengah dengan kaki sebelah kanan sama dengan nol dan

esar ya resista si kaki te gah de ga kaki se elah kiri se esar kΩ.

Sering disingkat dengan trimpot.Adalah jenis resistor variabel yang diputar

dengan obeng.Area putar dari trimpot berupa lekukan berbentuk tanda plus atau minus seperti pada kepala skrup.Penggunaan trimpot dikhususkan untuk pengaturan yang bersifat tetap dan tidak sering diubah selama pemakaaian terutama oleh pengguna.

Contoh penggunaan trimpot adalah pada pengaturan tinggi dan lebar layar televisi

pada jaman dulu (sebelum ada mode service). Contoh penggunaan lain dari trimpot adalah pada pengaturan tegangan B+ pada power supply SMPS. Pengaturan-pengaturan ini bersifat tetap dan biasanya dilakukan pada saat proses pembuatan atau proses perbaikan saja. Jadi trimpot terletak didalam pesawat televisi dan tidak bisa diakses oleh

pengguna secara mudahSering disebut dengan potensio saja.

2.10 LED (Light Emiting Dioda)

Led adalah jenis dioda yang memancarkan cahaya.Komponen ini biasa digunakan pada lampu senter atau lampu emergensi. Seperti hal nya dioda yang hanya mengalirkan arus listrik dari satu arah, led juga demikian. Itulah sebab nya, pemasangan

led dirangkaian elektronika harus tidak terbalik. Dengan kata lain, led tidak berfungsi jika dipasang terbalik.Led yang umum dipakai berkaki dua. Salah satu kaki berkutub + (disebut anoda) dan yang lain adalah – (disebut katoda). Namun, tidak tanda + atau – secara eksplisit.Pembedanya, led mempunyai kaki dengan panjang berbeda. Kaki yang panjang adalah anoda dan yang pendek adalah katoda.Sekiranya anda menemukan kaki

led yang sudah terpotong sehingga kedua panjang kaki tidak bias dibedakan, indikasi yang menyatakan anoda atau katoda masih bias dilakukan. Perhatikan gambar dibawah, bagian dasar led (yang menghubungkan kedua kaki) tidak seluruhnya membulat, tetapi ada yang datar. Nah, kaki yang dekat area yang datar tersebut adalah katoda.

Gambar 2.10 Bentuk Fisik LED

2.11 Buzzer

Buzzer adalah senuah komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah getaran listrik menjadi getaran suara .Pada dasarnya prinsip kerja buzzer hamper sama dengan laud speaker.