BAB 2
LANDASAN TEORI
2.1 Mikrokontroler
Pengendali mikro (microcontroller) adalah sistem mikroprosesor lengkap yang
terkandung didalam sebuah
serbaguna yang digunakan dalam sebuah umumnya juga telah berisi komponen pendukung sistem minimal mikroprosesor, yakni memori dan antarmuka I/O, sedangkan di dalam mikroprosesor umumnya hanya berisi
Berbeda dengan CPU serba-guna, mikrokontroler tidak selalu memerlukan memori eksternal, sehingga mikrokontroler dapat dibuat lebih murah dalam kemasan yang lebih kecil dengan jumlah pin yang lebih sedikit.
Sebuah
a.
kinerja tinggi 64-bit.
b.
c. Antarmuka komunikasi serial lain seperti
Untuk membuat sistem minimal paling tidak dibutuhkan sistem clock dan reset, walaupun pada beberapa mikrokontroler sudah menyediakan sistem clock internal, sehingga tanpa rangkaian eksternal pun mikrokontroler sudah beroperasi.
Mikrokontroler itu sendiri adalah chip atau IC (integrated Circuit) yang bisa diprogram menggunakan komputer. Tujuan menanamkan program pada mikrokontroler adalah agar rangkaian elektronik dapat membaca input, memproses input tersebut dan kemudian menghasilkan output seperti yang diinginkan. Jadi, mikrokontroler bertugas sebagai otak yang mengendalikan input, proses, dan output
sebuah rangkaian elektonik (Situmorang, H. 2011).
Mikrokontroler ada pada perangkat elektronik sekeliling kita, misalnya
Handphone, MP3 Player, DVD, Televisi, AC, dll. Mikrokontroler juga dapat mengendalikan robot, baik robot mainan maupun industri.
2.2 Arduino
Arduino adalah platform pembuatan prototipe elektronik yang bersifat open-source hardware yang berdasarkan pada perangkat keras dan perangkat lunak yang fleksibel dan mudah digunakan. Arduino ditujukan bagi para seniman, desainer, dan siapapun yang tertarik dalam menciptakan objek atau lingkungan yang interaktif (Simanjuntak, M.G. 2013).
Proyek arduino berawal di lvre, italia pada tahun 2005. Sekarang telah lebih dari 120.000 unit terjual sampai dengan 2010. Pendirinya adalah Massimo Banzidan David Cuartiellez. Nama Arduino adalah sebuah nama maskulin yang berarti teman yang kuat. Platform arduino terdiri dari arduino board, shield, bahasa pemrograman arduino, dan arduino development environment. Arduino board biasanya memiliki sebuah chip dasar mikrokontroler Atmel AVR ATmega8 berikut turunannya. Blok diagram arduino board yang sudah disederhanakan dapat dilihat pada Gambar 2.1
Shield adalah sebuah papan yang dapat dipasang diatas arduino board untuk menambah kemampuan dari arduino board.
Gambar 2.1 Blok Diagram Arduino Board. (Sumber: Simanjuntak, M.G. 2013)
Arduino Development Environment adalah perangkat lunak yang digunakan untuk menulis dan meng-compile program untuk arduino. Arduino Development Environment juga digunakan untuk meng-upload program yang sudah di-compile ke memori program arduino board.
2.2.1 Arduino Uno
Arduino Uno adalah arduino board yang menggunakan mikrokontroler ATmega328. Arduino Uno memiliki 14 pin digital (6 pin dapat digunakan sebagai output PWM), 6
input analog, sebuah 16 MHz osilator kristal, sebuah koneksi USB, sebuah konektor sumber tegangan, sebuah header ICSP, dan sebuah tombol reset. Arduino Uno memuat segala hal yang dibutuhkan untuk mendukung sebuah mikrokontroler. Hanya dengan menhubungkannya ke sebuah komputer melalui USB atau memberikan tegangan DC dari baterai atau adaptor AC ke DC sudah dapat membuanya bekerja. Arduino Uno menggunakan ATmega16U 2 yang diprogram sebagai USB-to-serial converter untuk komunikasi serial ke komputer melalui port USB. Bentuk Arduino UNO dapat dilihat pada gambar 2.2.
Adapun data teknis board Arduino UNO R3 adalah sebagai berikut: 1. Mikrokontroler : ATmega328
2. Tegangan Operasi : 5V
3. Tegangan Input (recommended) : 7 - 12 V 4. Tegangan Input (limit) : 6-20 V
5. Pin digital I/O : 14 (6 diantaranya pin PWM) 6. Pin Analoginput : 6
8. Arus DC untuk pin 3.3 V : 150 mA
9. Flash Memory : 32 KB dengan 0.5 KB digunakan untuk bootloader
10. SRAM : 2 KB 11. EEPROM : 1 KB
12. Kecepatan Pewaktuan : 16 Mhz
Gambar 2.2 Arduino Uno.
(Sumber: Simanjuntak, M.G. 2013)
2.2.2 Pin Masukan Dan Keluaran Arduino Uno
Masing-masing dari 14 pin digital arduino uno dapat digunakan sebagai masukan atau keluaran menggunakan fungsi pinMode(), digitalWrite() dan digitalRead(). Setiap pin beroperasi pada tegangan 5 volt. Setiap pin mampu menerima atau menghasilkan arus maksimum sebasar 40 mA dan memiliki resistor pull-up internal (diputus secara
default) sebesar 20-30 KOhm. Sebagai tambahan, beberapa pin masukan digital
memiliki kegunaan khusus yaitu:
1. Komunikasi serial: pin 0 (RX) dan pin 1 (TX), digunakan untuk menerima (RX) dan mengirim (TX) data secara serial.
2. External Interrupt: pin 2 dan pin 3, pin ini dapat dikonfigurasi untuk memicu sebuah interrupt pada nilai rendah, sisi naik atau turun, atau pada saat terjadi perubahan nilai.
3. Pulse-width modulation (PWM): pin 3,5,6,9,10 dan 11, menyediakan keluaran PWM 8-bit dangan menggunakan fungsi analogWrite().
4. Serial Peripheral Interface (SPI): pin 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO) dan 13 (SCK), pin ini mendukung komunikasi SPI dengan menggunakan SPI library. 5. LED: pin 13, terdapat built-in LED yang terhubung ke pin digital 13. Ketika pin
Arduino Uno memiliki 6 masukan analog yang diberi label A0 sampai A5, setiap pin menyediakan resolusi sebanyak 10 bit (1024 nilai yang berbeda). Secara default
pin mengukur nilai tegangan dari ground (0V) hingga 5V, walaupun begitu dimungkinkan untuk mengganti nilai batas atas dengan menggunakan pin AREF dan fungsi analogReference(). Sebagai tambahan beberapa pin masukan analog memiliki fungsi khusus yaitu pin A4 (SDA) dan pin A5 (SCL) yang digunakan untuk komunikasi Two Wire Interface (TWI) atau Inter Integrated Circuit (I2C) dengan menggunakan Wire library.
2.2.3 Sumber Daya Dan Pin Tegangan Arduino Uno
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 eksternal (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 dihubungkan 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 mungkin 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.
Pin-pin tegangan pada arduino uno adalah sebagai berikut:
1. Vin adalah pin untuk mengalirkan sumber tegangan ke arduino uno ketika menggunakan sumber daya eksternal (selain dari koneksi USB atau sumber daya yang teregulasi lainnya). Sumber tegangan juga dapat disediakan melalui pin ini jika sumber daya yang digunakan untuk arduino uno dialirkan melalui soket power. 2. 5V adalah pin yang menyediakan tegangan teregulasi sebesar 5 volt berasal dari
3. 3V3 adalah pin yang meyediakan tegangan teregulasi sebesar 3,3 volt berasal dari regulator tegangan pada arduino uno.
4. GND adalah pin ground.
2.2.4 Memori Program
ATMega328 memiliki 32K byte On-chip In-System Reprogrammable Flash Memory
untuk menyimpan program. Memori flash dibagi kedalam dua bagian, yaitu bagian program bootloader dan aplikasi seperti pada Gambar 2.3 Bootloader adalah program kecil yang bekerja pada saat sistem dimulai yang dapat memasukkan seluruh program aplikasi ke dalam memori prosesor (Simanjuntak, M.G. 2013).
Gambar 2.3 Peta Memori Program ATMega 328. (Sumber: Simanjuntak, M.G. 2013)
2.2.5 Memori Data
Memori data ATMega328 terbagi menjadi 4 bagian, yaitu 32 lokasi untu register
Peta memori data dari ATMega 328 dapat dilihat pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4 Peta Memori Data ATMega 328. (Sumber: Simanjuntak, M.G. 2013)
2.3 Aktuator
Aktuator adalah alat elektronik untuk menggerakkan atau mengontrol gaya gerakan. Jenis-jenis perangkat aktuator (Motor DC, Motor Servo, Motor Stepper).
2.3.1 Motor DC
Motor DC (Direct Current) adalah alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi gerak mekanik dan sebaliknya dapat mengubah energi gerak mekanik menjadi energi listrik yang awalnya diperkenalkan oleh Michael Faraday. Salah satu bentuk motor DC dapat dilihat pada gambar 2.6. (Rudiyanto, H.B. 2010).
2.3.2 Driver Motor
Driver motor adalah suatu rangkaian elektronika yang berfungsi untuk mengatur arah atau kecepatan motor DC berdasarkan keinginan pegguna. Pada sebuah rangkaian
driver motor terdapat IC yang berfungsi sebagai pengatur arus listrik secara dua arah. IC yang akan dipakai untuk mengendalikan motor DC di alat ini adalah IC L298D.
2.3.2.1 IC (Integarted Circuit) L298D
IC L298 merupakan IC buatan SG5 Thomson Microelectron Inc. yang digunakan untuk mengontrol motor. L298 menggunakan prinsip kerja H-Bridge motor drive. Didalam L298 terdapat dual full bridge sehingga dapat mengontrol 2 motor DC sekaligus dengan kemampuan arah motor bolak-balik (bidirectional).(Rudiyanto, H.B. 2010). Bentuk ICL298D dapat dilihat pada gambar 2.6.
Gambar 2.6 IC L298D (Sumber: Rudiyanto, H.B. 2010 )
2.4 Sensor Berat (Load Cell)
Gambar 2.7 Sensor Berat ( Load Cell ) (Sumber : Piskorowski et.al., 2008)
Load Cell memiliki respon osilasi yang membutuhkan waktu untuk menetap terlebih dahulu sebelum digunakan. Pengukuran dinamis mengacu pada penentuan nilai akhir dari sinyal sensor sedangkan outputnya masih dalam osilasi. Oleh karena itu, Menentukan nilai dari ukur dalam waktu tercepat mungkin sangat diperlukan untuk mempercepat proses pengukuran, yang mana sangat penting terutama dalam beberapa penggunaan. Salah satu contoh pengolahan yang dapat dilakukan pada sinyal output sensor adalah pengkalibrasian untuk mencapai koreksi respon yang paling akurat (Piskorowski et.al., 2008).
2.4.1 Driver HX711
Hx711 adalah modul timbangan, yang memiliki prinsip kerja mengkonversi perubahan yang terukur dalam perubahan resistansi dan mengkonversinya ke dalam besaran tegangan melalui rangkaian yang ada. Modul ini memiliki struktur yang sederhana, mudah dalam penggunaan, hasil yang stabil dan reliable, memiliki sensitivitas tinggi, dan mampu mengukur perubahan dengan cepat (Priyadi, D. 2015). Bentuk modul HX711 dapat dilihat pada gambar 2.8.
2.5 Sensor Passive Infra Red (PIR)
PIR merupakan sebuah sensor berbasis infrared. Akan tetapi, tidak seperti sensor infrared kebanyakan yang terdiri dari IR LED dan fototransistor. PIR tidak memancarkan apapun seperti IR LED. Sesuai namanya “Passive”, sensor ini hanya merespon energi dari pancaran sinar inframerah pasif yang dimiliki oleh setiap benda yang terdeteksi olehnya. Benda yang dapat dideteksi oleh sensor ini biasanya adalah tubuh manusia (Rahmalia, D.R et al., 2012).
PIR sensor mempunyai dua elemen sensing yang terhubungkan dengan masukan dengan susunan seperti yang terdapat dalam Gambar 2.9 :
Gambar 2.9 Diagram Internal Rangkaian sensor PIR (sumber : Rahmalia, D.R et al., 2012)
Gambar 2.10 Arah Jangkauan Gelombang Sensor PIR (sumber : Rahmalia, D.R et al., 2012)
Benda yang dapat memancarkan panas berarti memancarkan radiasi infra merah. Benda – benda ini termasuk makhluk hidup seperti binatang dan tubuh manusia. Tubuh manusia dan binatang dapat memancarkan radiasi infra merah terkuat yaitu pada panjang gelombang 9,4 μm. Radiasi infra merah yang dipancarkan inilah yang menjadi sumber pendeteksian bagi detektor panas yang memanfaatkan radiasi infra merah. Modul sensor PIR memiliki karakterisasi sebagai berikut :
a. Tegangan Catu Daya : 4.7 – 12 VDC
b. Jangkauan Deteksi Sensor : 5 meter pada sudut 0 derajat c. Output sensor tegangan High : 5 VDC
d. Output lebar pulsa : 0.5 s
2.6 Light Dependent Resistor (LDR)
LDR atau light Dependent Resistor adalah salah satu jenis resistor yang nilai hambatannya dipengaruhi oleh cahaya yang diterima olehnya. Besarnya nilai hambatan pada LDR tergantung pada besar kecilnya cahaya yang diterima oleh LDR itu sendiri. Contoh penggunaannya adalah pada lampu taman dan lampu di jalan yang bisa menyala di malam hari dan padam di siang hari secara otomatis (Supatmi, S. 2010). Bentuk sensor LDR dapat dilihat pada gambar 2.11.
Gambar 2.11 Sensor LDR dan simbolnya (Sumber: Supatmi, S. 2010)
LDR adalah suatu bentuk komponen yang mempunyai perubahan resistansi yang besarnya tergantung pada cahaya. Karakteristik LDR terdiri dari dua macam yaitu Laju Recovery dan Respon Spektral:
a.Laju Recovery Bila sebuah LDR dibawa dari suatu ruangan dengan level kekuatan cahaya tertentu ke dalam suatu ruangan yang gelap, maka bisa kita amati bahwa nilai resistansi dari LDR tidak akan segera berubah resistansinya pada keadaan ruangan gelap tersebut. Namun LDR tersebut hanya akan bisa mencapai harga di kegelapan setelah mengalami selang waktu tertentu. Laju recovery merupakan suatu ukuran praktis dan suatu kenaikan nilai resistansi dalam waktu tertentu. Harga ini ditulis dalam K/detik, untuk LDR tipe arus harganya lebih besar dari 200K/ detik(selama 20 menit pertama mulai dari level cahaya 100 lux), kecepatan tersebut akan lebih tinggi pada arah sebaliknya, yaitu pindah dari tempat gelap ke tempat terang yang memerlukan waktu kurang dari 10 ms untuk mencapai resistansi yang sesuai dengan level cahaya 400 lux.
b.Respon Spektral LDR tidak mempunyai sensitivitas yang sama untuk setiap panjang gelombang cahaya yang jatuh padanya (yaitu warna). Bahan yang biasa digunakan sebagai penghantar arus listrik yaitu tembaga, aluminium, baja, emas dan perak. Dari kelima bahan tersebut tembaga merupakan penghantar yang paling banyak, digunakan karena mempunyai daya hantar yang baik
Resistansi LDR akan berubah seiring dengan perubahan intensitas cahaya yang mengenainya atau yang ada disekitarnya. Dalam keadaan gelap resistansi LDR sekitar
10MΩ dan dalam keadaan terang sebesar 1KΩ atau kurang. LDR terbuat dari bahan
jatuh menyebabkan lebih banyak muatan yang dilepas atau arus listrik meningkat. Artinya resistansi bahan telah mengalami penurunan.
2.7LED (Light Emitting Diode)
Light Emmiting Dioda atau lebih dikenal dengan sebutan LED (light-emitting diode) adalah suatu semikonduktor yang memancarkan cahaya monokromatik yang tidak koheren ketika diberi tegangan maju. Gejala ini termasuk bentuk elektroluminesensi. Warna yang dihasilkan bergantung pada bahan semikonduktor yang dipakai, dan bisa juga dekat ultraviolet, tampak, atau inframerah (Dewi, S.K. 2013).
LED juga disebut "Solid State Lighting" karena chip LED disolder ke Printed Circuit Board (PCB) dan oleh karena itu tidak memiliki filamen seperti bola lampu pijar, atau zat beracun seperti gas merkuri pada Lampu Hemat Energy (LHE) (Dewi, S.K. 2013). Bentuk LED dapat dilihat pada gambar 2.12.
Gambar 2.12 Lampu LED (Sumber: Dewi, S.K. 2013)
LED dulu umumnya digunakan pada gadget seperti ponsel serta komputer. Sebagai pesaing lampu bohlam dan neon, saat ini aplikasinya mulai terus meluas dan bahkan bisa kita temukan pada korek api yang kita gunakan, lampu emergency dan sebagainya. LED sebagai model almpu masa depan dianggap dapat menekan pemanasan global karena efesiensinya (Dewi, S.K. 2013).
2.8 Modul SIM800L
SIM800L adalah sebuah modul GSM/GPRS produk dari SIMCOM (Shanghai, China) yang bekerja di frekuensi 850-1900 Mhz yang memiliki beberapa fitur unggulan diantaranya GPRS multislot class 12, mendukung kode GPRS CS-1 s.d CS-4 memiliki pin GPIO (General Purpose Input Output), ADC (Analog to Digital Converter 10 bit, PWM (Pulse With Modulation), radio FM. Dan masih banyak yang lainnya. Salah satu implementasi modem SIM800 ini adalah membuat SMS controller
sebuah pengendali alat elektronik berbasis SMS. Bentuk modul SIM800L dapat dilihat pada gambar 2.13.
Gambar 2.13 Modul SIM800L
(Sumber: http://www.simcom.com/SIM800L)
GPRS modul berdasarkan SIM800L, mendukung quad-band / GPRS jaringan GSM, tersedia untuk GPRS dan pesan SMS transmisi data jarak jauh. Modul GSM dapat digunakan dengan terhubung langsung ke mikrokontroler melalui port serial
TTL-nya. Tidak perlu MAX232. Daya pada modul boot secara otomatis mencari jaringan. Onboard lampu sinyal (dengan sinyal lampu kilat perlahan, tidak ada sinyal lampu kilat cepat). (Cruz, E.M.C. et al. 2015)
2.9Pernyataan IF-ELSE
Pernyataan IF adalah sangat sederhana cara kerjanya. Jika ekspresi didalam tanda kurung yang benar, maka pernyataan didalam braces (kotak) yang akan dijalankan, jika tidak, maka mereka diabaikan. Blok pernyataan ini adalah merupakan
diekspresikan dalam tanda kurung yang benar (Suprapto. 2008). Diagram alur pernyataan IF dapat dilihat pada gambar 2.14.
Gambar 2.14 Diagram Alur Pernyataan IF (Sumber: Suprapto. 2008)
Statement IF juga dapat ditambahkan ELSE sebagai konsekuensi alternatif jika kondisi tidak dipenuhi (FALSE). Untuk lebih jelasnya perhatikan sintaks program pada gambar 2.15.
Gambar 2.15 Sintaks Pernyataan IF-ELSE (Sumber : Suprapto. 2008)
2.10 Proteus 8
Proteus 8 adalah sebuah software simulasi versi ke 8 dari proteus yang mengkombinasikan program ISIS (Intelligent Schematic Input System) untuk membuat sebuah skematik rangkaian elektronika dan program ARES untuk membuat sebuah layout PCB. Software ini bagus untuk mempelajari dasar-dasar elektronika dan sekaligus dapat melakukan simulasi elektronika.
Fitur-fitur dari PROTEUS adalah sebagai berikut :
1. Memiliki kemampuan untuk mensimulasikan hasil rancangan baik digital
maupun analog maupun gabungan keduanya,
2. Mendukung simulasi yang menarik dan simulasi secara grafis
3. Mendukung simulasi berbagai jenis microcontroller seperti PIC, 8051 series. 4. Memiliki model-model peripheral yang interactive seperti LED, tampilan LCD,
RS232, dan berbagai jenis library lainnya.
5. Mendukung instrument-instrument virtual seperti voltmeter, amperemeter, oscciloscope, logic analyser, dll,
6. Memiliki kemampuan menampilkan berbagi jenis analisis secara grafis seperti
transient, frekuensi, noise, distorsi, AC dan DC, dll.
7. Mendukung berbagai jenis komponen-komponen analog, Mendukung open architecture sehingga kita bisa memasukkan program seperti C++ untuk keperluan simulasi,
8. Mendukung pembuatan PCB yang di-update secara langsung dari program ISIS ke program pembuat PCB-ARES.
2.10.1 Proteus ISIS (Intelligent Schematic Input System)
Gambar 2.16 Software Proteus ISIS.
2.10.2 Proteus ARES
Proteus ARES merupakan tempat untuk membuat layout PCB berdasarkan skematik rangkaian elektronika yang telah dibuat di ISIS. Software Proteus ARES dapat dilihat pada gambar 2.14.
Gambar 2.17 Software Proteus ARES.
2.11 Arduino Development Environment
Arduino Development Environment adalah sebuah perangkat lunak yang memudahkan kita mengembangkan aplikasi mikrokontroler mulai dari menuliskan
Gambar 2.18 Software IDE Arduino
Arduino Development Environment terdiri dari editor teks untuk menulis kode, sebuah area pesan, sebuah konsol, sebuah toolbar dengan tombol-tombol untuk fungsi yang umum dan beberapa menu. Arduino Development Environmentterhubung ke arduino board untuk meng-upload program dan juga untuk berkomunikasi dengan arduino board.
2.12 Hewan Pengerat
Hewan pengerat adalah salah satu latin Rodentia. Hewan pengerat telah digunakan manusia sebagai diambil kulitnya, untuk makanan, dan juga untuk mendeteksi sampai 3000 spesies binatang pengerat yang ditemukan di semua benua kecuali
Hewan pengerat yang dimaksud di skripsi ini adalah hewan pengerat yang biasanya menjadi hama pertanian dan hama rumah tangga, seperti tikus dan tupai. Jenis hewan ini menjadi target pada alat perangkap hewan yang dibuat pada penelitian,
