BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Bendungan
Bendungan adalah konstruksi yang dibangun untuk menahan laju airmenjadi waduk, danau, atau tempat rekreasi. Kata bendungan dapat ditelusuri kembali ke Inggris dan Belanda di abad pertengahan, seperti terlihat padanama-nama daribanyak kota tua di sana. Pembangunan bendungan paling awal terjadi di Mesopotamia dan Timur Tengah. Bendungan di Mesopotamia digunakan untuk mengontrol tingkat air dikarenakan pengaruh cuaca di sekitar sungai Eufrat dan Tigris yang bisa sangat tidak terduga.
Seringkali bendungan juga digunakan untuk mengalirkan air ke sebuah Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA), Seperti Bendungan Penadah Air Tangga (Tangga Intake Dam) yang terletak di Tangga dan berfungsi untuk membendung air yang telah dipakai PLTA Siguragura untuk dimanfaatkan kembali pada PLTATangga.
Gambar 2.1Bendungan pada PLTA Siguragura
Bendungan ini merupakan bendungan busur pertama di Indonesia. Stasiun Pembangkit Tangga memiliki 4 unit Generator. Total kapasitas tetap dari keempat
generator tersebutadalah 223 MW. Tipe bendungan ini adalah beton massa berbentuk busur dengan ketinggian 82 meter.
2.1.1 Fungsi Bendungan
Tujuan dari pembangunan bendungan dimaksud mencakup penyediaan air untuk irigasi pertanian ataupun pasokan air untuk kebutuhan kota, meningkatkan kualitas navigasi, menciptakan penampungan air untuk memasok kebutuhan air bagi industri, menghasilkan listrik tenaga air, menciptakan area rekreasi, wilayah bagi perikanan, habitat untuk ikan dan binatang liar, menahan aliran air di musim hujan untuk mengurangi risiko banjir di hilir, ataupun untuk mencegah aliran limbah dari pabrik ataupun pertambangan untuk mengalir ke sungai. Kebanyakan bendungan juga memiliki bagian yang disebut pintu air untuk membuang air yang tidak diinginkan secara bertahap atau berkelanjutan.
Beberapa bendungan dapat juga berfungsi sebagai jembatan bagi pejalan kaki ataupun kendaraan di seberang sungai. Ketika penggunaan bendungan dikombinasikan dengan sumber tenaga yang sifatnya sebentar-sebentar (intermittent power source) seperti angin atau matahari, waduk dapat berfungsi sebagai tempat penyimpanan air terpompa untuk memfasilitasi pengurangan beban dasar dari jaringan tenaga listrik.
Beberapa bendungan melayani semua tujuan ini tetapi beberapa bendungan serbaguna melayani lebih dari satu tujuan. Berikut adalah fungsi bendungan secara umum:
1. Sebagai Pembangkit Listrik tenaga air adalah sumber utama listrik di dunia. banyak negara memiliki sungai dengan aliran air yang memadai, yang dapat dibendung.
2. Untuk Menstabilkan aliran air / irigasi: Bendungan sering digunakan untuk mengontrol dan menstabilkan aliran air, untuk pertanian tujuan dan irigasi. Mereka dapat membantu menstabilkan atau mengembalikan tingkat air danau dan laut pedalaman. Mereka menyimpan air untuk minum dan kebutuhan manusia secara langsung
3.Untuk Pencegahan banjir: Bendungan diciptakan untuk pengendalian banjir 4.Untuk Reklamasi: Bendungan (sering disebut tanggul-tanggul atau tanggul)
digunakan untuk mencegah masuknya air ke suatu daerah yang seharusnya dapat tenggelam, sehingga para reklamasi untuk digunakan oleh manusia
5.Untuk Air pengalihan: Bendungan yang digunakan untuk tujuan hiburan
2.2Sensor Water Level
Water Level Sensor adalah alat yang digunakan untuk memberikan signal bahwa permukaan air telah mencapai level tertentu. Sensor ketinggian air ini biasanya digunakan untuk menghitung ketinggian air di sungai, danau, atau tangki air.
Pengendali permukaan air (water level control) adalah suatu piranti listrik yang berguna sebagai pengatur tinggi rendahnya permukaan air dalam suatu bendungan. Perangkat ini menggunakan komponen elektronika daya SCR dan transistor, serta dilengkapi dengan tiga buah elektroda yang berfungsi sebagai sensor untuk tinggi rendahnya permukaan air. Dengan tiga sensor elektroda tersebut maka motor listrik akan bekerja pada saat kondisi permukaan air minimum (rendah) dan maksimum (tinggi) secara otomatis.
Gambar. 2.1 Sensor Water Level
2.2.1Spesifikasi Sensor Water Level • Tegangan kerja : DC 3-5V
• Arus kerja : <20mA
• Sensor Type : Simulasi
• Deteksi Lokasi : 40 mm x 16 mm
• Ukuran Lubang : 3.2 mm
• Suhu kerja : 10 ° C hingga 30 ° C
• Kelembaban kerja : 10% sampai 90% tanpa kondensasi
• Ukuran : 65 mm x 20 mm x 8 mm
2.3 Mikrokontroller AT89C51
Dalam merancang aplikasi elektronika digital dibutuhkan sebuah alat/komponen yang dapat menghitung, mengingat, dan mengambil pilihan dan digunakan sebagai otaknya. Kemampuan ini dimiliki oleh sebuah komputer, namun tidaklah efisien jika harus menggunakan komputer hanya untuk keperluan tersebut. Untuk itu komputer dapat digantikan dengan sebuah mikrokontroler. Mikrokontroler sebenarnya adalah pengembangan dari mikroprosesor, namun dirancang khusus untuk keperluan instrumentasi sederhana.
2.3.1 Konstruksi Mikrokontroller AT89C51
Mikrokontroler AT89C51 adalah mikrokontroler ATMEL yang kompatibel penuh dengan mikrokontroler keluarga MCC-51, membutuhkan daya yang rendah, memiliki performa yang tinggi dan merupakan mikrokomputer 8 bit yang dilengkapi 4 Kbyte EPROM (Erasable and Programable Read Only Memori) dan 128 byte RAM internal. Program memori dapat diprogram ulang dalam sistem atau dengan menggunakan Program Nonvolately MemoryKonvensional.
Sebagai single chip yaitu suatu system mikroprosesor yang terintegrasi, mikrokontroler AT89C51 mempunyai konfigurasi sebagai berikut:
• CPU 8 bit termasuk keluarga MCS-51.
• 4 Kbyte alamat untuk memory program internal.
• 128 byte memory data dalam ( Internal Data memory/ RAM). • 8 bit program status word (PSW).
• 8 bit stack pointer ( SP).
• 32 pin I/O tersusun yaitu port 0-port 3 @ 8 bit. • 2 buah timer/ counter 16 bit.
• Data serial full dupleks. • Control register. • 5 sumber interrupt.
• Rangkaian osilator dan clock.
2.3.2 Fungsi Pin Mikrokontroller AT89C51
Susunan pin-pin mikrokontroller ATMEGA89C51 diperlihatkan pada Gambar di bawah ini dan penjelasan dari masing-masing pin adalah sebagai berikut:
Gambar 2.3PIN Mikrokontroler AT89C51
a. Port 0
Port 0 merupakan port dua fungsi yang berada pada pin 32-39 dari IC AT 89C51. Merupakan port I/O 8 bit dua arah yang serba guna port ini dapat digunakan sebagai multlipleks bus data dan bus alamat rendah untuk pengaksesan memori eksternal.
b. Port 1
Port 1 merupakan port I/O yang berada pada pin 1-8. Port ini dapat bekerja dengan baik untuk operasi bit maupun byte, tergantung dari pengaturan pada software
c. Port 2
Port 2 merupakan port I/O serba guna yang berada pada pin 21- 28, port ini dapat juga digunakan sebagai bus alamat byte tinggi untuk rancangan yang melibatkan pengaksesan memori eksternal.
d. Port 3
Port 3 merupakan port I/O yang memiliki dua fungsi yang berada pada pin 10-17, port ini mempunyai multi fungsi.PSEN ( Programable Store Enable)
PSEN adalah sebuah sinyal keluaran yang terdapat pada pin 29. Fungsinya adalah sebagai sinyal kontrol untuk memungkinkan mikrokontroller membaca program (code) dari memori eksternal atau dapat dikatakan sebagai sinyal kontrol yang menghubungkan memori program eksternal dengan bus selama pengaksesan.
e. ALE ( Address Latch Enable)
Sinyal output ALE yang berada pada pin3.0 fungsinya sama dengan ALE pada mikroprosesor INTEL 8085 atau 8088. Sinyal ALE dipergunakan untuk demultlipleks bus alamat dan bus data. Dan untuk menahan alamat memori eksternal selama pelaksanaan instruksi.
f. EA ( External Acces)
Maksudnya sinyal EA terdapat pada pin 3.1 yang dapat diberikan logika rendah (ground) atau logika tinggi(+ 5 V ). Jika EA diberikan logika tinggi maka mikrokontroller akan mengakses program dari ROM internal ( EEPROM/ flash memori).Jika EA diberi logika rendah maka mikrokontroller akan mengakses program dari memori eksternal.
g. RST ( Reset)
Input reset pada pin 9 adalah reset master untuk AT89C51. Perubahan tegangan dari rendah ke tinggi akan merest AT 89C51.
Osilator yang disediakan pada chip dikemudikan dengan kristal yang dihubungkan pada pin 18 (X2) dan pin 19 (X1) sebesar 12 Mhz.
Gambar 2.4Osilator Eksternal AT89C51
2.4 Motor Stepper
Motor stepper adalah perangkat elektromekanis yang bekerja dengan mengubah pulsa elektronis menjadi gerakan mekanis diskrit. Motor stepper bergerak berdasarkan urutan pulsa yang diberikan kepada motor. Karena itu, untuk menggerakkannya diperlukan pengendali motor stepper yang membangkitkan pulsa-pulsa periodik. Penggunaan motor stepper memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan penggunaan motor DC biasa. Keunggulannya antara lain adalah :
1. Sudut rotasi motor proporsional dengan pulsa masukan sehingga lebih mudah diatur.
2. Motor dapat langsung memberikan torsi penuh pada saat mulai bergerak 3. Posisi dan pergerakan repetisinya dapat ditentukan secara presisi
4. Memiliki respon yang sangat baik terhadap mulai, stop dan berbalik (perputaran)
5. Sangat realibel karena tidak adanya sikat yang bersentuhan dengan rotor seperti pada motor DC
6. Dapat menghasilkan perputaran yang lambat sehingga beban dapat dikopel langsung ke porosnya
7. Frekuensi perputaran dapat ditentukan secara bebas dan mudah pada range yang luas.
Gambar 2.4 motor stepper
2.4.1 Prinsip kerja motor stepper
Motor stepper merupakan perangkat pengendali yang mengkonversikan bit-bit masukan menjadi posisi rotor. Bit-bit tersebut berasal dari terminal-terminal input yang ada pada motor stepper yang menjadi kutub-kutub magnet dalam motor. Bila salah satu terminal diberi sumber tegangan, terminal tersebut akan mengaktifkan kutub di dalam magnet sebagai kutub utara dan kutub yang tidak diberi tegangan sebagai kutub selatan. Dengan terdapatnya dua kutub di dalam motor ini, rotor di dalam motor yang memiliki kutub magnet permanen akan mengarah sesuai dengan kutub-kutub input. Kutub utara rotor akan mengarah ke kutub selatan stator sedangkan kutub selatan rotor akan mengarah ke kutub utara stator.
magnet tetap pada stator, motor stepper mempunyai magnet tetap pada rotor. Adapun spesifikasi dari motor stepper adalah banyaknya fasa, besarnya nilai derajat per step, besarnya volt tegangan catu untuk setiap lilitan, dan besarnya arus yang dibutuhkan untuk setiap lilitan.
Motor stepper tidak dapat bergerak sendiri secara kontinyu, tetapi bergerak secara diskrit per-step sesuai dengan spesifikasinya. Untuk bergerak dari satu step ke step berikutnya diperlukan waktu dan menghasilkan torsi yang besar pada kecepatan rendah. Salah satu karakteristik motor stepper yang penting yaitu adanya torsi penahan, yang memungkinkan motor stepper menahan posisinya yang berguna untuk aplikasi motor stepper dalam yang memerlukan keadaan start dan stop.
2.4.2 Karakteristik motor stepper
• Tegangan
Tiap motor stepper mempunyai tegangan rata-rata yang tertulis pada tiap unitnya atau tercantum pada datasheet masing-masing motor stepper. Tegangan rata-rata ini harus diperhatikan dengan seksama karena bila melebihi dari tegangan rata-rata ini akan menimbulkan panas yang menyebabkan kinerja putarannya tidak maksimal atau bahkan motor stepper akan rusak dengan sendirinya
• Resistansi
Resistansi per lilitan adalah karakteristik yang lain dari motor stepper. Resistansi ini akan menentukan arus yang mengalir, selain itu juga akan mempengaruhi torsi dan kecepatan maksimum dan motor stepper.
• Derajat per step
Besarnya derajat putaran per step adalah parameter terpenting dalam pemilihan motor stepper karena akan menentukan ukuran langkah gerakan yang paling kecil (resolusi). Tiap-tiap motor stepper mempunyai spesifikasi masing-masing, antara lain 0.72° per step, 1.8° per step, 3.6° per step, 7.5° per step, 15° per step, dan bahkan ada yang 90° per step. Dalam pengoperasiannya kita dapat menggunakan 2 prinsip yaitu full step atau half step. Dengan full step berarti motor stepper berputar sesuai dengan spesifikasi derajat per stepnya, sedangkan half step berarti motor stepper berputar setengah derajat per step dari spesifikasi motor stepper tersebut.
2.5 LED
Sebuah LED adalah sej diode normal, LED terdiri dari sebuah chip bahan semikonduktor yang diisi penuh, atau di-dop, dengan ketidakmurnian untuk menciptakan sebuah struktur yang disebut junction dari elektrode denga lubang, dia jatuh ke bent
Buzzer adalah sebuah komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah getaran listrik menjadi getaran suara getaran listrik menjadi getaran suara. Pada dasarnya prinsip kerja buzzer hampir sama dengan loudspeaker, jadi buzzer juga terdiri dari kumparan yang terpasang pada diafragma dan kemudian kumparan tersebut dialiri arus sehingga menjadi elektromagnet, kumparan tadi akan tertarik ke dalam atau keluar, tergantung dari arah arus dan polaritas magnetnya, karena kumparan dipasang pada diafragma maka setiap gerakan kumparan akan menggerakkan diafragma secara bolak-balik sehingga membuat udara bergetar yang akan menghasilkan suara. Buzzer biasa digunakan sebagai indikator bahwa proses telah selesai atau terjadi suatu kesalahan pada sebuah alat (alarm).
Gambar. 2.6 BUZZER
2.7 SEVEN SEGMEN
Seven segment adalah suatu segmen-segmen yang digunakan untuk menampilkan angka / bilangan decimal. Seven segment ini terdiri dari 7 batang LED yang disusun membentuk angka 8 dengan menggunakan huruf a-f yang disebut DOT MATRIKS. Setiap segment ini terdiri dari 1 atau 2 LED (Light Emitting Dioda).Seven segment dapat menampilkan angka-angka desimal dan
beberapa karakter tertentu melalui kombinasi aktif atau tidaknya LED penyususnan dalam seven segment. Untuk mempermudah pengguna seven segment, umumnya digunakan sebuah decoder atau sebuah seven segment driver yang akan mengatur aktif atau tidaknya led-led dalam seven segment sesuai dengan inputan biner yang diberikan.
Piranti tampilan modern disusun sebagai pola 7 segmen atau dot matriks. Jenis 7 segmen sebagaimana namanya, menggunakan pola tujuh batang led yang disusun membentuk angka 8 seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas. Huruf-huruf yang diperlihatkan dalam gambar tersebut ditetapkan untuk menandai segmen-segmen tersebut. Dengan menyalakan beberapa segmen yang sesuai, akan dapat diperagakan digit-digit dari 0 sampai 9, dan juga bentuk huruf A sampai F (dimodifikasi). Sinyal input dari switches tidak dapat langsung dikirimkan ke peraga 7 segmen, sehingga harus menggunakan decoder BCD (Binary Code Decimal) ke 7 segmen sebagai antar muka. Decoder ini terdiri dari gerbang-gerbang logika yang masukannya berupa digit BCD dan keluarannya berupa saluran-saluran untuk mengemudikan tampilan 7 segmen.
Gambar. Seven Segmen
switch dikonversi masuk kedalam decoder, baru kemudian decoder mengkonversi bilangan biner tersebut ke dalam bilangan desimal, yang mana bilangan desimal ini akan ditampilkan pada layar seven segmen. Fungsi dari decoder sendiri adalah sebagai pengkonversi bilangan biner ke dalam bilangan desimal.
2.7.2 Jenis-Jenis Seven Segmen
Seven segmen ada 2 jenis, yaitu Common Anoda dan Common Katoda
1. Common Anoda
Common Anoda merupakan pin yang terhubung dengan semua kaki anoda
LED dalam seven segmen. Common anoda diberi tegangan VCC dan seven segmen dengan common anoda akan aktif pada saat diberi logika rendah (0) atau sering disebut aktif low. Kaki katoda dengan label a sampai h sebagai pin aktifasi yang menentukan nyala LED.
2. Common Katoda
Common Katoda merupakan pin yang terhubung dengan semua kaki
katoda LED dalam seven segmen dengan common katodak akan aktif apabila diberi logika tinggi (1) atau disebut aktif high. Kaki anoda dengan label a sampai h sebagai pin aktifasi yang menentukan nyala LED.
