34
15
48
PERANCANGAN ALAT KONTROL KRAN AIR WUDHU MENGGUNAKAN SISTEM SENSOR ULTRASONIK US-016 BERBASIS ATMega8535
SKRIPSI
ABDUL HALIM
120801079
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUANALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
PERANCANGAN ALAT KONTROL KRAN AIR WUDHU MENGGUNAKAN SISTEM SENSOR ULTRASONIK US-016 BERBASIS ATMega8535
SKRIPSI
Diajukan untuk Melengkapi Tugas dan Memenuhui Syarat Mencapai Gelar
Sarjana Sains
ABDUL HALIM
120801079
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUANALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
PERSETUJUAN
Judul
:Perancangan alat kontrol kran air wudhu menggunakan sistem sensor ultrasonik us-016 berbasis ATmega8535
Kategori
: Skripsi
Nama
: Abdul Halim
Nomor Induk Mahasiswa
: 120801079
Program Studi
: Sarjana (S1) Fisika
Departemen
: Fisika
Fakultas
: Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Disetujui di
Medan, 2016
Komisi Pembimbing:
Pembimbing 2, Pembimbing 1,
Drs. Takdir Tamba, M.Eng.Sc Dr. Marhaposan Situmorang
NIP. 196006031986011002 NIP. 195510301980031003
Disetujui Oleh
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua,
Dr. Marhaposan Situmorang
NIP. 195510301980031003
PERNYATAAN
PERANCANGAN ALAT KONTROL KRAN AIR WUDHU MENGGUNAKAN SISTEM SENSOR ULTRASONIK US-016 BERBASIS ATMega8535
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing- masing di sebutkan sumbernya.
Medan, 2016
Abdul Halim
120801079
PENGHARGAAN
Alhamdulillahirabbil 'alamiin, segala puji dan syukur kepada AllahSubhanahu wa Ta'ala yang telah memberikan rahmat dan karuniaNya sehingga penulis mampu menyelesaikan skripsi ini dengan judul" Perancangan Alat Kontrol Kran Air Wudhu Menggunakan Sistem Sensor Ultrasonik Us-016 Berbasis ATmega 8535 " sesuai dengan waktu yang di tetapkan. Shalawat dan salam kepada junjungan kita Rasulullah, Muhammad SAW semoga kita mendapatkan syafa'atnya di kemudian hari kelak. Aamiin.
Dalam penyelesaian skripsi ini penulis menyampaikan rasa hormat dan terimakasih kepada pihak-pihak yang telah memberikan bimbingan, semangat dan petunjuk yang sangat berarti dan berharga bagi penulis untuk menyelesaikan skripsi ini. oleh karena itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan sebesar-besarnya kepada:
Terkhusus kepada Ayahanda tercinta H.Lasidi dan Ibunda tercinta Halideriati terima kasih yang sebesar-besarnya atas kasih sayang, kepercayaan dan motivasinya sampai penulisan skripsi ini selesai. Juga kepada kakak, abang dan adikku tercinta Yulida, S.Pt , Herlambang, S.E , dan Fajar Ikhsan yang memberikan semangat dan dana kepada penulis untuk segera menyelesaikan skripsi ini.
Bapak Dr. Marhaposan Situmorang. sebagai dosen pembimbing pertama yang telah berkontribusi meluangkan waktunya dalam pemeriksaan isi, analisis data, pembahasan pada skripsi ini. Terimakasih juga atas masukan-masukan dan ilmu yang telah beliau berikan semasa kuliah.
Bapak Drs.Takdir Tamba M.Eng.Sc sebagai dosen pembimbing kedua yang telah memberikan masukan dan ilmu kepada penulis.
Teman-teman seperjuangan Fisika stambuk 2012 Universitas Sumatera Utara, dari Nim 120801001 sampai dengan 120801085 yang telah menjadi acuan semangat untuk menyelesaikan skripsi ini.
Ivan Anggia Sitohang dan Fransisco Purba yang telah menjadi teman seperjuangan untuk menghadapi seminar proposal,seminar hasil dan meja hijau dengan penuh semangat.
Abang dan kakak stambuk 2011 Fisika USU yang telah memberikan banyak masukan untuk menyelesaikan skripsi ini.
Adik-adik stambuk 2014,2015 dan 2016 IMF USU yang senantiasa memberi semangat kepada penulis untuk menyelesaikan skripsi ini.
Kepala Laboratorium Fisika Dasar, Laboran, Koordinator dan Para Asisten yang telah menjadi partner dalam menyelesaikan skripsi ini.
Bang Ridho dan Muhammad Iqbal selaku Guru dan teman yang telah banyak membantu untuk menyelesaikan Skripsi ini.
Penulis
PERANCANGAN ALAT KONTROL KRAN AIR WUDHU MENGGUNAKAN SISTEM SENSOR ULTRASONIK US-016 BERBASIS ATMega8535
ABSTRAK
Telah dilakukan rancang bangun sistem sensor ultrasonik us-016 untuk mengontrol kran air wudhu. Pelaksanaan kegiatan meliputi pembuatan dan pengujian alat. Pengujian yang dilakukan meliputi pengujian mikrokontroler ATmega8535 dan sensor ultrasonik us-016. Us-016 sebagai piranti yang akan mengaktifkan driver relay & optocoupler untuk membuka katup solenoid valve (kran elektronik). Referensi jarak yang digunakan mulai dari 15 cm sampai dengan 25 cm. jika ada objek yang tertangkap pada jarak 15-25 cm maka ATmega8535 akan mengirim perintah ke driver agar membuka solenoid valve (kran elektronik). Alat kontrol ini menggunakan sumber listrik PLN, selanjutnya tegangan PLN agan diubah ke 5 dan 12 volt menggunakan regulator. Untuk meminialisir pemakaian listrik maka digunakan relay untuk memutus aliran listrik jika tidak ada objek yang terdeteksi oleh Us-16.
Kata kunci : ATmega8535, Us-016, Optocoupler, Relay
CONTROL WATER FAUCET ABLUTION DESIGN USING US-016ULTRASONIC SENSOR SYSTEM BASED ATMega8535
ABSTRACT
It has been designed us-016 ultrasonic sensors system to control water faucet ablution. Implementation activities include the manufacture and testing tools. Tests performed include testing of the microcontroller ATmega8535 and us-016 ultrasonic sensor. Us-016 as a tool that would enable the relay and optocoupler driver to open the valve of the water pump. Reference distances are used ranging from 15 cm to 25 cm. if there is an object captured at a distance of 15-25 cm, then ATmega8535 will send commands to the driver to open the water pump, This control means using the power source voltage PLN, PLN hereinafter agan changed to 5 and 12 volts using a regulator. To minimalism electricity consumption then used the relay to cut off electricity if no objects are detected by Us-16
Keywords: ATmega8535, Us-016, Optocoupler, Relay
DAFTAR ISI
Halaman
Persetujuani
Pernyataan ii
Penghargaan iii
Abstrakiv
Abstractv
Daftar Isi vi
Daftar Tabelviii
Daftar Gambarix
Daftar Lampiranx
BAB 1 Pendahuluan1
1.1.Latar Belakang2
1.2.Rumusan Masalah 2
1.3.Batasan Masalah 2
1.4.Tujuan Penelitian 2
1.5.Manfaat Penelitian 3
1.6.Metodologi Penelitian3
1.7 Sistematika Penulisan4
BAB 2 Dasar Teori5
2.1. Sensor Ultrasonik5
2.1.1 Prinsip kerja sensor ultrasonik6
2.1.2 Timing Diagram sensor Ultrasonik7
2.2. ATMega85359
2.2.1 Arsitektur ATMega853511
2.2.2Fitur ATMega 853512
2.2.3Konfigurasi ATMega 853512
2.2.4. Peta Memori16
2.2.5. Status register (SREG)16
2.3 Bahasa BASIC Menggunakan BASCOM-AVR19
2.3.1Karakteristik Dalam BASCOM20
2.3.2 Tipe Data20
2.3.3 Variabel21
2.3.4 Alias22
2.3.5Konstanta 22
2.3.6 Array 23
2.3.7 Operasi-OperasiDalamBASCOM23
2.4 Optocoupler25
2.4.1 Pengertian Optocoupler25
2.4.2 Prinsip Kerja dari Rangkaian Optocoupler 27
2.5 Relay28
BAB 3 Perancangan Sistem30
Diagram Block Cara Kerja Alat30
Rangkaian Mikrokontroller ATMega 853531
3.5. Rangkaian Driver (Optocoupler & Relay)32
3.6. Rangkaian Sensor Ultrasonik (Us-016)33
3.7Diagram Alir Sistem Mikrokontroler ATMega853534
BAB 4 Pengujian Alat dan Program35
4.1. Pengujian Rangkaian Mikrokontroller ATMega 853535
4.2. Pengujian Rangkaian Regulator36
4.3 Pengujian Rangkaian Relay. 36
4.4. Pengujian Rangkaian Sensor Ultrasonik Us-01637
BAB 5 Kesimpulan dan Saran41
5.1. Kesimpulan40
5.2. Saran41
Daftar Pustaka 42
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
Tabel
2.1. Konfigurasi Pin Port B ATMega 853514
2.2. Konfigurasi Pin Port D ATmega 853515
2.3. KarakterSpesial20
2.4. Tipe data BASCOM21
2.5 Tabel OperatorRelas24
4.1. Hasil Pengujian Relay38
4.2 Hasil Pengujian Ultrasonik us-01639
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
Gambar
2.1. Timing diagram pengoperasian sensor ultrasonik Us-0167
2.2. Sensor Ultrasonik Us-016.8
2.3. Diagram Blok Fungsional ATmega853511
2.4. Pin ATMega853513
2.5. Status Register ATMega 853516
2.6. Bentuk fisik Sensor Optocoupler26
2.7. Simbol Optocoupler27
2.8. Skema relay elektromekanik29
3.9. Blok diagaram sistem otomasi kran air wudhu 30
3.1. Rangkaian Sistem Minimum ATMega853531
3.2. Rangkaian Regulator32
3.3. Rangkaian Catu Daya32
3.4 Rangkaian Driver (Optocoupler & Relay)33
3.5. Rangkaian Sensor Ultrasonik (Us-016) ke Mikrokontroler 34
3.6 Diagram Alir Sistem Mikrokontroler 35
4.1. Pengujian Mokrokontroller Menggunakan ProgISP36
4.2. Hasil Pembacaan output tegangan regulator L780537
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Judul Halaman
Lampiran
1. Listing program dari seluruh sistem43
2. Gambar Komponen44
3. Gambar Alat Secara Keseluruhan45
BAB I
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi berdampak positif dalam pengembangan sensor di bidang fisika instrumentasi. Sensor merupakan sebuah perangkat yang berfungsi untuk mengubah besaran fisis menjadi besaran listrik. Dalam bidang fisika instrumentasi sensor sangat berperan penting. Pada semua bidang, sensor sangat dibutuhkan. Contohnya pada tugas akhir saya, sensor ultrasonik digunakan untuk pembuatan kran otomatis yang di aplikasikan untuk otomasi kran air wudhu.
Tujuan dari tugas akhir ini yaitu membuat alat otomasi kran air wudhu menggunakan sensor ultrasonik berbasis mikrokontroler ATMega8535. Pada pembuatan alat ini mikrokontroler ATMega8535 digunakan sebagai sistem minimum perangkat yang nantinya menjadi otak utama dari sistem yang dijalankan. Pengunaan AT-Mega8535dikarenakan jenis ini sangat efisien dalam penggunaan dan dapat diintegrasikan dengan sensor yang akan digunakan Sensor yang akan digunakan adalah sensor ultrasonik. Secara prinsip modul sensor ultrasonikterdiri dari sebuah chip pembangkit sinyal 40KHz, sebuah speaker ultrasonik dan sebuah mikropon ultrasonik. Speaker ultrasonik mengubah sinyal 40 KHz menjadi suara sementara mikropon ultrasonik berfungsi untuk mendeteksi pantulan suaranya.
Penggunaan kran otomasi untuk air wudhu diharapkan dapat meminimalisir pemborosan pada penggunaannya sendiri. Karena pada umumnya masyarakat sering lupa untuk menutup kembali kran air wudhu tersebut. Selain pemborosan hal itu dapat menyebabkan kran cepat rusak dan tergenangnya air di aliran tempat air wudhu. Dengan adanya sensor ultrasonik yang memiliki prinsip kerja mengirim lebar pulsa yang mempresentasikan jarak maka diharapkan kran otomasi ini dapat mudah digunakan tanpa adanya kendala yang sering dialami pada kran otomasi yang menggunakan sensor PIR atau lainya.
Rumusan Masalah
Dari uraian latar belakang di atas,maka perumusan masalahnya adalah sebagai berikut :
Bagaimana merancang sistem kran air wudhu otomatis menggunakan sensor ultrasonik us-016 berbasis mikrokontroler ATMega8535.
Bagaimana mendeteksi objek dibawah lokasi pengambilan air menggunakan sensor ultrasonik us-016.
Batasan Masalah
Untuk menghindari adanya pembahasan di luar materi dalam mengerjakan penelitian ini,maka batasan masalah terdiri dari :
Perancangan alat ini berupa prototype menggunakan solenoid valve (kran elektronik) dan sensor ultrasonik berbasis mikrokontroler ATMega8535.
Perancangan ini menggunakan sensor ultrasonikus-016.
Jumlah solenoid valve (kran elektronik) yang akan digunakan sebanyak 1 buah.
Tujuan Penelitian
Tujuan dilakukan penelitian ini adalah
Untuk meminimalisir pemborosan pada penggunaan air dan kerusakan kran air wudhu.
Untuk menganalisis kinerja pada realisasi sistem.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat baik untuk penulis sendiri,mahasiswa,institusi,ataupun masyarakat pengguna pada umumnya.
Bagi penulis bermanfaat sebagai penerapan ilmu yang telah di dapat selama perkuliahan yang berhubungan dengan manfaat sensor pada kehidupan sehari – hari.
Bagi institusi pendidikandiharapkan hasil penelitian ini bisa digunakan sebagai refrensi untuk melakukan penelitian berikutnya ataupun untuk bahan pembelajaran.
Bagi masyarakat umum diharapkan hasil penelitian ini dapat digunakan untuk kenyamanan beribadah pada mesjid-mesjid
Metodologi Penelitian
Pada pembuatan tugas akhir ini digunakan metode studi literature, konsultasi dengan pembimbing, perancangan sistem, dan pengambilan data serta analisanya.
Metode literatur
Studi pustaka sebagai persiapan dalam melakukan penelitian dengan mencari dan mengumpulkan referensi mengenai sensor ultrasonik, dan mikrokontroler ATMega8535.
Metode Konsultasi
Berkonsultasi secara interaktif dengan pembimbing di Universitas Sumatera Utara.
Metode Perancangan Sistem
Melakukan penelitian dan perancangan alat secara langsung di Laboratorium Fisika Terpadu Universitas Sumatera Utara.
Metode Pengambilan Data dan Analisa
Mengambil data yang diperoleh setelah pengujian
Sistematika Penulisan
Adapun sistematika dalam penulisan skripsi ini mencakup beberapa bab dan subbab seperti dijelaskan di bawah ini :
BAB I Pendahuluan
Bab ini mencakup latar belakang penelitian,perumusan masalah,batasan masalah,tujuan penelitian,manfaat penelitian, metode penelitian dan sistematika penulisan.
BAB II Tinjauan Pustaka
Bab ini membahas tentang landasan teori yang menjadi acuan untuk pengambilan data,analisa data serta pembahasan.
BAB III Perancangan Sistem
Bab ini mencakup perancangan dan sistem kerja.
BAB IV Pengujian dan Analisa sistem
Bab ini membahas pengujian modul secara manual, pengujian rancangan sistem sensor us-016 dengan driver menggunakan eagle, pengambilan data dan analisa sistem secara keseluruhan.
BAB V Kesimpulan
Bab ini berisi tentang kesimpulan perancangan sistem sensor ultrasonik us-016 untuk otomasi kran air wudhu.
Daftar Pustaka
Berisi referensi-referensi yang telah digunakan selama pembuatan Tugas Akhir ini sebagai acuan yang mendukung.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
Sensor Ultrasonik
Gelombang ultrasonik merupakan gelombang akustik yang memiliki frekuensi mulai 20 kHz hinggasekitar 20 MHz. Frekuensi kerja yang digunakan dalam gelombang ultrasonik bervariasi tergantung pada medium yang dilalui, mulai dari kerapatan rendah pada fasa gas, cair hingga padat. Jika gelombang ultrasonik berjalan melaui sebuah medium, Secara matematis besarnya jarak dapat dihitung sebagai berikut:
s = v.t/2…………….. (1)
s adalah jarak dalam satuan meter, v adalah kecepatan suara yaitu 344 m/detik dan t adalah waktu tempuh dalam satuan detik. Ketika gelombang ultrasonik menumbuk suatu penghalang maka sebagian gelombang tersebut akan dipantulkan sebagian diserap dan sebagian yang lain akan diteruskan.
Sensor ultrasonik adalah sebuah sensor yang mengubah besaran fisis (bunyi) menjadi besaran listrik. Pada sensor ini gelombang ultrasonik dibangkitkan melalui sebuah benda yang disebut piezoelektrik. Piezoelektrik ini akan menghasilkan gelombang ultrasonik dengan frekuensi 40 kHz ketika sebuah osilator diterapkan pada benda tersebut. Rangkaian penyusun sensor ultrasonik ini terdiri dari transmitter, reiceiver, dan komparator. Selain itu, gelombang ultrasonik dibangkitkan oleh sebuah kristal tipis bersifat piezoelektrik.
Modul sensor Ultrasonik ini dapat mengukur jarak antara 3 cm sampai 3 m. Keluaran dari modul sensor ultrasonik ini berupa pulsa yang lebarnya merepresentasikan jarak. Lebar pulsanya yang dihasilkan modul sensor ultrasonik ini bervariasi dari 115 uS sampai 18,5 mS. Secara prinsip modul sensor ultrasonik ini terdiri dari sebuah chip pembangkit sinyal 40KHz, sebuah speaker ultrasonik dan sebuah mikropon ultrasonik. Speaker ultrasonik mengubah sinyal 40 KHz menjadi suara sementara mikropon ultrasonik berfungsi untuk mendeteksi pantulan suaranya.
Sensor ultrasonik bekerja berdasarkan sistem kerja gelombang, dimana gelombang yang digunakan adalah gelombang suara. Waktu untuk pada saat gelombang suara itu dibangkitkan dan dipantulkan kembali oleh receiver akan membutuhkan waktu.Waktu itulah yang akan menjadi data untuk menghitung jarak yang akan kita ukur karena besaran kecepatan telah ada yaitu kecepatan suara. Dengan kata lain sensor ultrasonik bekerja berdasarkan prinsip pantulan gelombang suara. Berikut adalah spesifikasi sensor ultrasonik :
a. Power Suply : 5 Volt
b. Frekuensi Ultrasonik : 40 KHz
c. Jarak maksimal : 400 cm
d. Jarak minimal : 2 cm
e. Trigger Pulse Width : 10 µs f. Dimensi : 43 x 20 x 15
Sensor ultrasonik bekerja dengan mengirimkan gelombang suara menuju target dan mengukur waktu yang diperlukan untuk pulsa melenting kembali. Waktu yang diperlukan gaung untuk kembali ke sensor berbanding lurus dengan jarak atau tinggi dari objek, sebab suara mempunyai kecepatan konstan. Sinyal gaung yang kembali secara elektronis diubah menjadi output 4mA sampai dengan 20mA, yang mensuplai kecepatan aliran yang dimonitor ke alat kontrol eksternal. Objek padat, cair, butiran dan tekstil dapat dideteksi dengan sensor ultrasonik. Reflektifitas suara dari permukaan cairan sama dengan objek padat. Tekstil dan buih menyerap gelombang suara dan mengurangi rentang pensensoran.
2.1.1 Prinsip kerja sensor ultrasonik
Ketika gelombang ultrasonik melewati suatu objek, sebagian dipantulkan, sebagian diteruskan dan sebagian lagi diserap. Sensor itu menghasilkan gelombang suara dan memancarkannya sehingga mengenai objek yang berada didepannya kemudian pantulan gelombang suara dari objek yang berada didepannya ditangkap dengan perbedaan waktu yang digunakan sebagai dasar perhitungan jarak objek. Perbedaan waktu pancaran dan waktu pantulan berbanding lurus dengan jarak objek yang memantulkannya. Jenis objek yang di indranya dapat berupa zat padat, cair dan butiran.
2.1.2 Timing Diagram sensor Ultrasonik
Timing diagram sensor ultrasonik ditunjukkan pada gambar 2.2 dibawah ini. Kita hanya perlu menyediakan pulsa 10 μs untuk memicu masukan atau masukan trigger untuk memulai dan kemudian modul akan mengirim 8 siklus gelombang ultrasonik 40 KHz dan meningkatkan gaungnya (echo). Echo adalah jarak objek yang merupakan lebar pulsa dan jarak pada setiap bagiannya. Rentang melalui interval waktu antara pengiriman sinyal pemicu dan penerima sinyal echo dapat dihitung. Persamaannya adalah level waktu paling tinggi dikalikan dengan
kecepatan (340m/s) dibagi dua.
Gambar 2.1Timing diagram pengoperasian sensor ultrasonik Us-016
Jenis sensor yang digunakan pada penelitian ini adalah sensor Ultrasonik tipe Us-016. Jarak tangkap modul Sensor ultrasonik Us-016 dapat mencapai 2 cm ~ 3m non-kontak pengukuran fungsi jarak, tegangan listrik 5V, beroperasi pada 3.8mA, mendukung tegangan output analog, stabil dan dapat diandalkan. Modul ini dapat diatur untuk rentang yang berbeda tergantung pada aplikasi (pengukuran jarak maksimum untuk setiap 1m dan 3m); ketika pin rentang mengambang jarak tempuhnya adalah 3m. jarak US-016 dapat dikonversi ke tegangan output analog, tegangan output sebanding dengan jarak yang diuku
(a)
(b)
Gambar 2.2Sensor Ultrasonik Us-016 (a) tampak depan (b) tampak
belakang
Sensor ultrasonik us-016 memiliki 4 PIN, dari gambar dapat dijelaskan dari kiri ke kanan ke-empat PIN sebagai berikut:
PIN 1 : VCC menyambungkan ke VCC 5 volt
PIN 2 : Range ketika pin dalam keadaan High, jaaraknya 3 m. ketika pin dalam keadaan low, jaraknya 1 m.
PIN 3 : Out Analog tegangan output pin (out) , tegangan analog sebanding dengan jarak pengukuran, rentang output adalah 0 ~ Vcc
PIN 4 : Ground Terhubung ke sirkuit eksternal.
2.2 ATMega8535
ATMega8535 adalah mikrokontroler CMOS 8 bit daya rendah berbasis arsitektur RISC. Instruksi dikerjakan pada satu siklus clock, ATMega8535 mempunyai throughput mendekati 1 MIPS per MHz, hal ini membuat ATMega8535 dapat bekerja dengan kecepatan tinggi walaupun dengan penggunaan daya rendah. Mikrokontroler ATmega8535 memiliki beberapa fitur atau spesifikasi yang menjadikannya sebuah solusi pengendali yang efektif untuk berbagai keperluan. Fitur-fitur tersebut antara lain:
Saluran I/O sebanyak 32 buah, yang terdiri atas Port A, B, C dan D
ADC (Analog to Digital Converter)
Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan perbandingan
CPU yang terdiri atas 32 register
Watchdog Timer dengan osilatorinternal
SRAM sebesar 512 byte
Memori Flash sebesar 8kb dengan kemampuan read while write
Unit Interupsi Internal dan External
Port antarmuka SPI untuk men-download program ke flash
EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi
Antarmuka komparator analog
Port USART untuk komunikasi serial.
Mikrokontroler merupakan sebuah single chip yang didalamya telah dilengkapi
dengan CPU (Central Prosessing Unit); RAM ( RandomAcces Memory); ROM ( Read only Memory), Input, dan Output, Timer\ Counter, Serial com port secara spesifikdigunakan untuk aplikasi –aplikasi control dan buka aplikasi serbaguna. Mikrokontrolerumumnya bekerja pada frekuensi 4MHZ-40MHZ. Perangkat ini sering digunakan untukkebutuhan kontrol tertentu seperti pada sebuah penggerak motor. Read only Memory(ROM) yang isinya tidak berubah meskipun IC kehilangan catu daya. Sesuai dengankeperluannya, sesuai dengan susunan MCS-51. Memory penyimpanan programdinamakan sebagai memory program.Random Acces Memory (RAM) isinya akan begitusirna IC kehilangan catudaya dipakai untuk menyimpan data pada saat program bekerja.RAM yang dipakai untuk menyimpan data ini disebut sebagai memori data.
Mikrokontroler biasanya dilengkapi dengan UART (Universal Asychoronous Receiver Transmitter) yaitu port serial komunikasi serial asinkron, USART (Universal Asychoronous\Asy choronous Receiver Transmitter) yaitu port yang digunakan untukkomunikasi serial asinkron dan asinkron yang kecepatannya 16 kali lebih cepat dari Uart,SPI ( Serial Port Interface), SCI ( Serial Communication Interface ), Bus RC ( Intergrated circuit Bus ) merupakan 2 jalur yang terdapat 8 bit, CAN ( Control Area Network ) merupakan standard pengkabelan SAE (Society of Automatic Enggineers).
Pada sistem komputer perbandingan RAM dan ROM-nya besar, artinya program program pengguna disimpan dalam ruang RAM yang relatif besar,sedangkan rutin-rutin antar muka pernagkat keras disimpan dalm ruang ROM yang kecil. Sedangkan pada mikrokontroler, perbandingan ROM dan RAM-nya yang besar artinya program control disimpan dalam ROM yang ukurannya relative lebih besar, sedangkan RAM digunakan sebagai tempat penyimpanan sedrhana sementara, termasuk register-register yang digunakan pada Microctroller yang bersangkutan. Mikrokontroler saat ini sudah dikenal dan digunakan secar luas pada dunia industri. Banyak sekali penelitian atau proyek mahasiswa yang menggunakan berbagai versi mikrokontroler yang dapat dibeli dengan harga yang relative murah. Hal ini dikarenakan produksi misal yang dilakukan oleh para produse chip seperti Atmel, Maxim, dan Microchip. Mikrokontroler saat ini merupakan chip utama pada hampir setiap peralatan elektronika canggih. Alat-alat canggih pun sekarang ini sangat bergantung pada kemampuan mikrokontroler tersebut.
2.2.1 Arsitektur ATMega8535
Gambar 2.3 Diagram Blok Fungsional ATmega8535
2.2.2 Fitur ATMega 8535
Kapabilitas detail dari ATMega8535 adalah sebagai berikut :
1. Sistem mikroprosesor 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan maksimal 16MHz.
2. Kapabilitas memori flash 8 KB, SRAM sebesar 512 byte , dan EEPROM
(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 512 byte.
3. ADC internal dengan fidelitas 10 bit sebanyak 8 channel.
4. Portal komunikasi serial (USART) dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps.
5. Enam pilihan mode sleep menghemat penggunaan daya listrik.
2.2.3 Konfigurasi ATMega 8535
Konfigurasi pin ATMega 8535 bisa dilihat pada gambar 2.2. di bawah ini. Dari gambar tersebut dapat dijelaskan secara fungsional konfigurasi pin ATMega 8535 sebagai berikut:
1. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya.
2. GND merupakan pin ground.
3. Port A (PA0..PA7) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC.
4. Port B (PB0..PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus , yaitu
Timer/Counter, komparator analog, dan SPI.
5. Port C (PC0..PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu
TWI, komparator analog, dan Timer Oscilat.
6. Port D (PD0.. PD7 merupakan pin I/O dua arah dan fungsi khusus, yaitu
komparator analog, interupsi eksternal, komunikasi serial.
7. RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler.
8. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal.
9. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC.
10. AREF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC.
Gambar 2.4 Pin ATMega8535
Berikut adalah penjelasan fungsi tiap kaki.
1. PORT A
Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal pull-up resistor ( dapat diatur per bit). Output buffer Port A dapat memberi arus 20 mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port A (DDRA) harus disetting terlebih dahulu sebelum port A digunakan. Bit-bit DDRA diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port A yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, kedelapan pin port A juga digunakan untuk masukan sinyal analog bagi A/D coverter.
2. PORT B
Merupakan 8 bit directional port I/O. setiap pinnya dapat menyediakan internal pull-up resistor ( dapat diatur per bit). Output buffer Port B dapat memberi arus 20 mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port B (DDRB) harus disetting terlebih dahulu sebelum port B digunakan. Bit-bit DDRB diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port B yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Pin-pin port B juga memiliki untuk fungsi\fungsi alternatif khusus seperti yang terlihat pada tabel berikut.
Tabel 2.1. Konfigurasi Pin Port B ATMega 8535
PORT PIN
FUNGSI KHUSUS
PB 0
T0 = timer/ counter 0 external counterinput
PB 1
T1 = timer/counter 0 external counter input
PB 2
AINO = analog comparator positive input
PB 3
AINI =analog comparator negative input
PB 4
SS = SPI slave select input
PB 5
MOSI = SPI bus master output/slave input
PB 6
MISO = SPI bus master input/slave output
PB 7
SCK = SPI bus serial clock
3. PORT C
Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal pull-up resistor ( dapat diatur per bit). Output buffer Port C dapat memberi arus 20 mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port C (DDRC) harus disetting terlebih dahulu sebelum port C digunakan. Bit-bit DDRC diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port C yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, DUA pin port C (PC6 dan PC7) juga memiliki fungsi alternatif sebagai oscilator untuk timer/counter 2.
4. PORT D
Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal pull-up resistor ( dapat diatur per bit). Output buffer Port D dapat memberi arus 20 mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port D (DDRD) harus disetting terlebih dahulu sebelum port D digunakan. Bit-bit DDRD diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port D yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, pin-pin port D juga memiliki untuk fungsi\fungsi alternatif khusus.
Tabel 2.2.Konfigurasi Pin Port D ATmega8535
PORT PIN
FUNGSI KHUSUS
PD 0
RDX (UART input line)
PD 1
TDX (UART output line)
PD 2
INT0 ( external interrupt 0 input )
PD 3
INT1 ( external interrupt 1 input )
PD 4
OC1B (Timer/Counter1 output compareB match output)
PD 5
OC1A (Timer/Counter1 output compareA match
output)
PD 6
ICP (Timer/Counter1 input capture pin)
PD 7
OC2 (Timer/Counter2 output compare match output)
5. RESET
RST pada pin 9 merupakan reset dari AVR. Jika pada pin ini diberi masukan low
selama minimal 2 machine cycle maka system akan di-reset.
6. XTAL1
XTAL1 adalah masukan ke inverting oscilator amplifier dan input ke internal clock operating circuit.
7. XTAL2
XTAL2 adalah output dari inverting oscilator amplifier.
8. Avcc
Avcc adalah kaki masukan tegangan bagi A/D Converter. Kaki ini harus secara eksternal terhubung ke Vcc melalui lowpass filter.
9. AREF
AREF adalah kaki masukan referensi bagi A/D Converter. Untuk operasional ADC, suatu level tegangan antara AGND dan Avcc harus diberikan ka kaki ini.
10. AGND
AGND adalah kaki untuk analog ground. Hubungkan kaki ini ke GND, kecuali jika board memiliki analog ground yang terpisah.
2.2.4. Peta Memori
AVR ATMega8535 memiliki ruang pengalamatan memori data dan memori program yang terpisah. Memori data terbagi menjadi 3 bagian, yaitu 32 buah register umum, 64 buah register I/O, dan 512 byte SRAM Internal. Register keperluan umum menempati space data pada alamat terbawah, yaitu $00 sampai $1F. Sementara itu, register khusus untuk menangani I/O dan control terhadap mikrokontroler menempati 64 alamat berikutnya, yaitu mulai dari $20 hingga $5F. Register tersebut merupakan register yang khusus digunakan mengatur fungsi terhadap berbagai peripheral mikrokontroler, seperti contoh register, timer/counter, fungsi-fungsi I/O, dan sebagainya. Register khusus alamat memori secara lengkap dapat dilihat tabel ini. Alamat memori berikutnya digunakan untuk SRAM 512 byte, yaitu pada lokasi $60 sampai dengan $25F. Konfigurasi memori dapat kita ketahui dimana, memori program yang terletak dalam flash PEROM tersususn dalam word atau 2 byte karena setiap instruksi memiliki lebar 16-bit atau 32-bit, AVR ATMega8535 memiliki KByte 12-bit program Counter (PC) sehingga mampu mengalamati isi flash. Selain itu AVR ATMega8535 juga memiliki memori data berupa EEPROM 8-bit sebanyak 512 byte. Alamat EEPROM dimulai dari $000sampai $1FF. Dibawah ini adalah gambar memori program AVR ATMega8535.
2.2.5. Status register (SREG)
Status register adalah register berisi status yang dihasilkan pada setiap operasi yang dilakukan, ketika suatu instruksi dieksekusi. SREG merupakan bagian dari inti CPU mikrokontroler.
Gambar 2.5 Status Register ATMega 8535
Port I/O pada mikrokontroller ATmega8535 dapat difungsikan sebagai input dan juga sebagai output dengan keluaran high atau low.Untuk mengatur fungsi portI/O sebagai input ataupun output, perlu dilakukan setting pada DDR dan port. Logika port I/O dapat diubah-ubah dalam program secara byte atau hanya bit tertentu. Mengubah sebuah keluaran bit I/O dapat dilakukan menggunakan perintah cbi (clear bit I/O)untuk menghasilkan output low atau perintah sbi (set bit I/O) untuk menghasilkan output high. Pengubahan secara byte dilakukan dengan perintah in atau out yang menggunakan register bantu. I/O merupakan bagian yang paling menarik dan penting untuk diamati karena I/O merupakan bagian yang bersangkutan dengan komunikasi mikrokontroller dengan dunia luar. Selain port I/O, bagian ini juga menyediakan informasi mengenai berbagai peripheral mikrokontroller yang lain, seperti ADC, EEPROM, UART, dan Timer. Komponen-komponen yang tercakup dalam workspace I/O meliputi berbagai register berikut :
1. AD_CONVERTER; register: ADMUX, ADCSR, ADCH, ADCL
2. ANALOG_COMPARATOR; register: ACSR
3. CPU; register: SREG, SPH, SPL, MCUCR, MCUCSR, OSCCAL, SFIOR,
SPMCR.
4. EEPROM; register: EEARH, EEARL, EEDR, EECR
5. External_Interrupt; register: GICR, GIFR, MCUCR, MCUCSR
6. PORTA; register: PORTA, DDRA, dan PINA
7. PORTB; register: PORTB, DDRB, dan PINB
8. PORTC; register: PORTC, DDRC, dan PINC
9. PORTD; register: PORTD,DDRD, dan PIND
10. SPI; register: SPDR, SPSR, SPCR
11. TIMER_COUNTER_0; register: TCCR0, TCNT0, OCR0, TIMSK, TIFR,
SFIOR
12. TIMER _COUNTER_1; register: TIMSK, TIFR, TCCR1A, TCCR1B,
TCNT1H, TCNT1L, OCR1AH, OCR1AL, OCR1BL, ICR1H, 1CR1L
13. TIMER_COUNTER_2; register: TIMSK, TIFR, TCRR2, TCNT2, OCR2,
ASSR, SFIOR
14. TWI; register: TWBR, TWCR, TWSR, TWDR, TWAR
15. USART; register: UDR, UCSRA, UCSRB, UCSRC, UBRRH, UBRRL
16. WATCDOG; register: WDTCR
Adapun komponen-komponen yang dapat diamati melalui I/O pada workspace
sebagai berikut :
1. Isi register
- R0 sampai dengan R15
- R16 sampai dengan R13
2. Processor
- Stack pointer
- Program counter
- Cycle pointer
- X_register
- Y_register
- Z_register
- Frequency
- Stop Watch
3. I/O AVR
Adapun Instruksi I/O adalah sebagai berikut :
1. in; membaca data I/O Port atau internal peripheral register {Timers, UART, ke dalam register}
2. Out; menulis data sebuah register ke I/O Port atau internal peripheral register.
3. Idi (load immediate); untuk menulis konstanta ke register sebelum konstanta itu
dituliskan ke I/O port.
4. Sbi (set bit in I/O); untuk membuat logika high satu bit I/O register.
5. Cbi ( clear bit in I/O); untuk membuat logika low satu bit I/O register.
6. Sbic (skip if bit in I/O is cleared); untuk mengecek apakah bit I/O register clear.Jika ya, skip satu perintah dibawahnya.
7. Sbis (skip if bit in I/O is set); untuk mengecek apakah bit I/O register set. Jika ya, skip satu perintah dibawahnya. Data yang dipakai dalam mikrokontroller ATmega8535 dipresentasikan dalam sistem bilangan biner, desimal, dan bilangan heksadesimal. Data yang terdapat di mikrokontroller dapat diolah dengan berbagai operasi aritmatik (penjumlahan, pengurangan, dan perkalian) maupun operasi nalar (AND, OR, dan EOR).
AVR ATmega8535 memiliki tiga buah timer, yaitu:
1. Timer/counter 0 (8 bit)
2. Timer/ counter 1 (16 bit)
3. Timer/counter 2 (8 bit)
Karena ATmega8535 memiliki 8 saluran ADC maka untuk keperluan konversi sinyal analog menjadi data digital yang berasal dari sensor dapat langsung dilakukan prosesor utama. Beberapa karakteristik ADC internal ATmega8535 adalah
1. Mudah dalam pengoperasian.
2. Resolusi 10 bit.
3. Memiliki 8 masukan analog.
4. Konversi pada saat CPU sleep.
5. Interrupt waktu konversi selesai.
2.3Bahasa BASIC Menggunakan BASCOM-AVR
BASCOM-AVR adalah program BASIC Compiler berbasis Windows untuk mikrokontroler keluarga AVR seperti ATmega, dan yang lainnya. BASCOM-AVR merupakan program dengan bahasa tingkat tinggi BASIC yang dikembangkan dan dikeluarkan oleh MCS Elektronika. Penggunaan BASCOM-AVR sudah sangat luas di kalangan instrumentasi khususnya pada bahasa pemrograman yang memepermudah para pengguna.
2.3.1 Karakteristik Dalam BASCOM
Dalam progrm BASCOM, karakter dasarnya terdiri atas karakter alphabel (A-Z dan a-z), karakter numeric (0-9), dan karakter spesial (lihat tabel dibawah ini).
Tabel2.3KarakterSpesial
karakter
Nama
Blank
'
Apostrophe
*
Asterisk (symbolperkalian)
+
Plussign
,
Comma
-
Minus sign
.
Period (decimalpoint)
/
Slash(divisionsymbol) willbehandledas\
:
Colon
"
Doublequotationmark
;
Semicolon
<
Less than
=
Equalsign(assignmentsymbolorrelationaloperator)
>
Greaterthan
\
Backspace(integerorworddivisionsymbol)
2.3.2 Tipe Data
SetiapvariabeldalamBASCOMmemiliki tipedatayangmenunjukkandaya tampungannya.Haliniberhubungan dengapenggunaanmemorimikrokontroler. BerikutiniadalahtipedatapadaBASCOM :
Tabel2.4Tipedata BASCOM
TipeData
Ukuran(byte)
Range
Bit
1/8
-
Byte
1
0–255
Integer
2
-32,768-+32,767
Word
2
0–65535
Long
4
-214783648- +2147483647
Single
4
-
String
hingga254byte
-
2.3.3 Variabel
Variabeldalamsebuahpemrograman berfungsisebagaitempat penyimpananatau penampungan datasementara,misalnyamenampunghasilperhitungan,menampung datahasilpembacaan register,danlainnya.Variabelmerupakan pointeryang menunjukkanpadaalamatmemorifisikdanmikrokontroler. DalamBASCOM,adabeberapaaturandalampenamaan sebuahvariabel:
a. Namavariabelmaksimumterdiriatas 32karakter.
b. Karakterbisaberupaangkaatauhuruf.
c. Namavariabelharus dimuladenganhuruf.
d. Variabeltidakbolehmenggunkankata
e. kata yang digunakan oleh BASCOM sebagai perintah, pernyataan, internal register,dannamaoperator(AND,OR,DIM,danlain-lain)
Sebelumdigunakanmakavariabelharusdideklarasikan terlebihdahu.Dalam BASCOM,adabeberapacarauntukmendeklarasikan sebuah variabel.Carapertama adalahmenggunakanpernyataan'DIM' diikutinamatipedatanya.Contohnya pendeklarasianmenggunkanDIM sebagaiberikut:
Dim nama as byte
Dim tombol1 as integer
Dim tombol2as word
Dim tombol3 as word
Dim tombol4 as word
2.3.4 Alias
Dengan menggunkan alias, variabel yang sama dapat diberikan nama yang lain. Tujuannya adalah mempermudah proses pemrograman. Umumnya, alias digunakan untuk mengganti nama variabel yang baku, seperti port mikrokontroler.
Dim LedBar as byte
Led1 as LedBar.0
Led2 as LedBar.1
Led3 as LedBar.2
Dalam deklarasi diatas, variabel yang sama dapat diberikan nama yang lain. Tujuannya adalah mempermudah proses pemrograman. Umumnya, alias digunakan untuk mengganti nama variabel yang baku, seperti port mikrokontroler.
Dim LedBar as byte
Led1 as LedBar.0
Led2 as LedBar.1
Led3 as LedBar.2
2.3.5 Konstanta
Dalam BASCOM, selain variabel kita mengenal pula konstanta. Konstansa merupakan variabel pula, perbedaannya dengan variabel adalah nilai yang terkandung tetap. Dengan konstanta, kode program yang kita buat akan lebih mudah dibaca dan dapat mencegah kesalahan penulisan pada program kita. Misalnya, kita akan lbih mudah menulis phi dari pada menulis 3,14159867. Sama seperti variabel, agar konstanta bisa dikenal oleh program, maka harus dideklarasikan terlebih dahulu. Berikut adalah pendeklarasikan sebuah konstanta.
Dim A As Const 5
Dim B1 As Const &B1001
Cara lain yang paling mudah:
Const Cbyte = &HF
Const Cint = -1000
Const Csingle = 1.1
Const Cstring = "test"
2.3.6 Array
Dengan array, kita bisa menggunakan sekumpulan variabel dengan nama dan tipe yang sama. Untuk mengakses variabel tertentu dalam array, kita harus menggunakan indeks. Indeks harus berupa angka dengan tipe data byte, integer, atau word. Artinya nilai maksimal sebuah indeks sebesar 65535. Proses pendeklarasikan sebuah array hampir sama dengan variabel, namun perbedaannya kita mengikuti jumlah elemennya. Berikut adalah contoh pemakaian array:
Dim kelas(10) as byte
Dim c as Integer
For C = 1 To 10
a(c) = c
p1 = a(c)
Next
Program diatas membuat sebuah array dengan nama 'kelas' yang berisi 10 elelmen (1-10) dan kemudian seluruh elemennya diisikan dengan nilai c yang berurutan. Untuk pembacanya kita menggunakan indeks dimana elemen disimpan.
Pada program diatas, elemen-elemen arraynya dikeluarkan ke Port 1 dari mikrokontroler.
2.3.7 Operasi-OperasiDalamBASCOM
Padabagianini akan dibahastentangcaramenggabungkan,memodifikasi, membandingkan,ataumendapatkaninformasi tentangsebuahpernyataandengan menggunkanoperator-operator yang tersediadiBASCOMdan bagaimana sebuah pernyataanterbentukdandihasilkandarioperator-operatorberikut:
a. OperatorAritmatika
Operatordigunakandalamperhitunganaritmatikameliuti +(tambah),- (kurang),/(bagi),dan* (kali).
b. OperatorRelasi
Operatorberfungsimembandingkan nilaisebuah angka.Hasilnyadapat digunakan untuk membuatkeputusansesuai denganprogramyangkitabuat. Operatorrelasimeliputi:
Tabel2.5 TabelOperatorRelas
Operator
Relasi
Pernyataan
=
Samadengan
X=Y
<>
Tidaksamadengan
X<>Y
<
Lebihkecildari
X
>
Lebihbesardari
X>Y
<=
Lebihkecilatausamadengan
X<=Y
>=
Lebihbesaratausamadengan
X>=Y
c. OperatorLogika
Operatorlogikadigunakanuntukmengujisebuahkondisiataumemanipulasi bitdanoperasibolean.DalamBASCOM,adaempatbuahoperatorlogika, yaituAND,OR,NOT, danXOR.
Operatorlogika bisapuladigunakanuntuk mengujisebuah bytedenganpola bit tertentu,sebagaicontoh:
Dim A As Byte
A = 63 And 19
PPRINT A
A = 10 or 9
PRTINT A
Output
16
11
d. OperatorFungsi
Operatorfungsidigunakanuntukmelengkapioperatoryangsederhana.
2.4 Optocoupler
2.4.1 Pengertian Optocoupler
Optocoupler adalah suatu piranti yang terdiri dari 2 bagian yaitu transmitter dan receiver, yaitu antara bagian cahaya dengan bagian deteksi sumber cahaya terpisah. Biasanya optocoupler digunakan sebagai saklar elektrik, yang bekerja secara otomatis. Optocoupler atau optoisolator merupakan komponen penggandeng (coupling) antara rangkaian input dengan rangkaian output yang menggunakan media cahaya (opto) sebagai penghubung. Dengan kata lain, tidak ada bagian yang konduktif antara kedua rangkaian tersebut. Optocoupler sendiri terdiri dari 2 bagian, yaitu transmitter (pengirim) dan receiver (penerima).
1. Transmiter
Merupakan bagian yang terhubung dengan rangkaian input atau rangkaian kontrol. Pada bagian ini terdapat sebuah LED infra merah (IR LED) yang berfungsi untuk mengirimkan sinyal kepada receiver. Padatransmitter dibangun dari sebuah LED infra merah. Jika dibandingkan dengan menggunakan LED biasa, LED infra merah memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap sinyal tampak. Cahaya yang dipancarkan oleh LED infra merah tidak terlihat oleh mata telanjang.
2. Receiver
Merupakan bagian yang terhubung dengan rangkaian output atau rangkaian beban, dan berisi komponen penerima cahaya yang dipancarkan oleh transmitter. Komponen penerima cahaya ini dapat berupa photodioda atapun phototransistor. Pada bagian receiver dibangun dengan dasar komponen phototransistor. Phototransistor merupakan suatu transistor yang peka terhadap tenaga cahaya. Suatu sumber cahaya menghasilkan energi panas, begitu pula dengan spektrum infra merah. Karena spekrum infra mempunyai efek panas yang lebih besar dari cahaya tampak, maka phototransistor lebih peka untuk menangkap radiasi dari sinar infra merah. Jika dilihat dari penggunaannya, optocoupler biasa digunakan untuk mengisolasi common rangkaian input dengan common rangkaian output. Sehingga supply tegangan untuk masing-masing rangkaian tidak saling terbebani dan juga untuk mencegah kerusakan pada rangkaian kontrol (rangkaian input).
Gambar 2.6 Bentuk fisik Sensor Optocoupler
Optocoupler merupakan gabungan dari LED infra merah dengan fototransistoryang terbungkus menjadi satu chips. Cahaya infra merah termasuk dalam gelombang elektromagnetik yang tidak tampak oleh mata telanjang. Sinar ini tidak tampak oleh mata karena mempunyai panjang gelombang berkas cahaya yang terlalu panjang bagi tanggapan mata manusia. Sinar infra merah mempunyai daerah frekuensi 1 x 1012 Hz sampai dengan 1 x 1014 GHz atau daerah frekuensi dengan panjang gelombang 1μm – 1mm. LED infra merah ini merupakan komponen elektronika yang memancarkan cahaya infra merah dengan konsumsi daya sangat kecil. Jika diberi prasikap maju, LED infra merah yang terdapat pada optocoupler akan mengeluarkan panjang gelombang sekitar 0,9 mikrometer.
Proses terjadinya pancaran cahaya pada LED infra merah dalam optocoupler adalah sebagai berikut. Saat dioda menghantarkan arus, elektron lepas dari ikatannya karena memerlukan tenaga dari catu daya listrik. Setelah elektron lepas, banyak elektron yang bergabung dengan lubang yang ada di sekitarnya (memasuki lubang lain yang kosong). Pada saat masuk lubang yang lain, elektron melepaskan tenaga yang akan diradiasikan dalam bentuk cahaya, sehingga dioda akan menyala atau memancarkan cahaya pada saat dilewati arus. Cahaya infra merah yang terdapat pada optocoupler tidak perlu lensa untuk memfokuskan cahaya karena dalam satu chip mempunyai jarak yang dekat dengan penerimanya. Pada optocoupler yang bertugas sebagai penerima cahaya infra merah adalah fototransistor. Fototransistor merupakan komponen elektronika yang berfungsi sebagai detektor cahaya infra merah. Detektor cahaya ini mengubah efek cahaya menjadi sinyal listrik, oleh sebab itu fototransistor termasuk dalam golongan detektor optik.
Fototransistor memiliki sambungan kolektor–basis yang besar dengan cahaya infra merah, karena cahaya ini dapat membangkitkan pasangan lubang elektron. Dengan diberi prasikap maju, cahaya yang masuk akan menimbulkan arus pada kolektor. Fototransistor memiliki bahan utama yaitu germanium atau silikon yang sama dengan bahan pembuat transistor. Tipe fototransistor juga sama dengan transistor pada umumnya yaitu PNP dan NPN. Perbedaan transistor dengan fototransistor hanya terletak pada rumahnya yang memungkinkan cahaya infra merah mengaktifkan daerah basis, sedangkan transistor biasa ditempatkan pada rumah logam yang tertutup.Cahaya infra merah termasuk dalam gelombang elektromagnetik yang tidak tampak oleh mata telanjang. Sinar ini tidak tampak oleh mata karena mempunyai panjang gelombang berkas cahaya yang terlalu panjang bagi tanggapan mata manusia. Simbol optocoupler seperti terlihat pada Gambar 2.6.
Gambar 2.7 Simbol Optocoupler
2.4.2 Prinsip Kerja dari Rangkaian Optocoupler
Prinsip kerja dari rangkaian Optocoupler adalah sebagai berikut :
1. Jika antara phototransistor dan LED terhalang maka phototransistor tersebut akan off sehingga output dari kolektor akan berlogika high.
2. Sebaliknya jika antara phototransistor dan LED tidak terhalang maka phototransistor dan LED tidak terhalang maka phototransistor tersebut akan on sehingga output-nya akan berlogika low.
2.5 Relay
Dalam dunia elektronika, relay dikenal sebagai komponen yang dapat mengimplementasikan logika switching. Sebelum tahun 70an, relay merupakan "otak" dari rangkaian pengendali. Baru setelah itu muncul PLC yang mulai menggantikan posisi relay. Relay yang paling sederhana ialah relay elektromekanis yang memberikan pergerakan mekanis saat mendapatkan energi listrik. Secara sederhana relay elektro-mekanis ini didefinisikan sebagai berikut :
Alat yang menggunakan gaya elektromagnetik untuk menutup (atau membuka) kontak saklar.
Saklar yang digerakkan (secara mekanis) oleh daya/energi listrik.
Secara umum, relay digunakan untuk memenuhi fungsi – fungsi berikut :
- Remote control : dapat menyalakan atau mematikan alat dari jarak jauh
- Penguatan daya : menguatkan arus atau tegangan
- Pengatur logika kontrol suatu sistem
Relay terdiri dari coil dan contact, coil adalah gulungan kawat yang mendapat arus listrik, sedang contact adalah sejenis saklar yang pergerakannya tergantung dari ada tidaknya arus listrik di coil. Contact ada 2 jenis : Normally Open (kondisi awalsebelum diaktifkan open), dan Normally Closed (kondisi awal sebelum diaktifkan close). Secara sederhana berikut ini prinsip kerja dari relay :
Kontak Normally Open akan membuka ketika tidak ada arus mengalir pada kumparan, tetapi tertutup secepatnya setelah kumparan menghantarkan arus atau diberi tenaga. Kontak normally Close akan tertutup apabila kumparan tidak diberi tenaga dan membuka ketika kumparan diberi daya. Masing-masing kontak biasanya digambarkan sebagai kontak yang tampak dengan kumparan tidak diberi tanaga atau daya.
Gambar 2.8 Skema relay elektromekanik
BAB 3
PERANCANGAN SISTEM
3.1 Diagram Block Cara Kerja Alat
Gambar 3.1 Blok diagaram sistem otomasi kran air wudhu
Berikut deskripsi fungsi setiap blok:
Blok Objek : Objek adalah benda hidup atau mati yang menjadi acuan aktifnya sensor Ultrasonik Us-016.
Us-016 : sebagai sensor jarak yang akan mendeteksi adanya objek yang akan berwudhu.
Blok Mikrokontroler ATmega 8535 : Membaca dan mengola hasil penerimaan data dari Sensor Ultrasonik Us-016 menjadi sebuah perintah ke driver.
Driver : Mengeksekusi perintah dari microcontroller ( membuka katup water pump).
PSA : mensuply tegangan ke microcontroller dan driver.
Relay NO (Valve) : mengaktifkan solenoid valve
Relay NC (Valve off) : nonaktifkan solenoid valve
Rangkaian Mikrokontroller ATMega 8535
Rangkaian Sistem minimum pada penelitian ini di rancang sedemikian rupa agar microcontrollerdapat bekerja. Rangkaian ini terdiri atas rangkaian osilator, standar PORT USB programer, sistem reset, dan sumber tegangan.
Kaki Mosi, Miso, Sck, Reset, Vcc dan Gnd pada mikrokontroler terletak
pada kaki 6, 7, 8, 9, 10 dan 11. Apabila terjadi keterbalikan pemasangan jalur ke
ISP Programmer, maka pemograman mikrokontroler tidak dapat dilakukan karena
mikrokontroler tidak akan bisa merespon.
Sistem reset pada mikrokontroler berada pada pin 9. Sistem microcontroller akan melakukan reset apabila pin 9 menerima satu siklus sinyal (1 dan 0). Sistem reset otomatis menggunakan kapasitro 100 nF/16V dan sebuah resistor senilai 10 KΩ. Dengan pemasangan kapasitor dan resistor ini, pada saat power supply dinyalakan maka mikrokontroller akan reset secara otomatis, kemudian bekerja secara normal.
Gambar 3.2 Rangkaian Sistem Minimum ATMega 8535
Rangkaian Driver (Optocoupler & Relay)
Rangkaian driver ini digunakan untuk mengaktifkan relay agar pompa dapat dikendalikan oleh mikro. Komponen utamanya yaitu relay dan optocoupler. Relay terdiri dari coil dan contact, coil adalah gulungan kawat yang mendapat arus listrik, sedang contact adalah sejenis saklar yang pergerakannya tergantung dari ada tidaknya arus listrik di coil. Contact ada 2 jenis : Normally Open (kondisi awalsebelum diaktifkan open), dan Normally Closed (kondisi awal sebelum diaktifkan close). Secara sederhana berikut ini prinsip kerja dari relay : Kontak Normally Open akan membuka ketika tidak ada arus mengalir pada kumparan, tetapi tertutup secepatnya setelah kumparan menghantarkan arus atau diberi tenaga. Kontak normally Close akan tertutup apabila kumparan tidak diberi tenaga dan membuka ketika kumparan diberi daya. Masing-masing kontak biasanya digambarkan sebagai kontak yang tampak dengan kumparan tidak diberi tanaga atau daya. Relay yang digunakan adalah relay 12 volt, ini berarti jika positif relay (kaki 1) dihubungkan ke sumber tegangan 12 volt dan negatif relay (kaki 2) dihubungkan ke ground, maka kumparan akan menghasilkan medan magnet, dimana medan magnet ini akan menarik logam yang mengakibatkan saklar terhubung.
Gambar 3.4 Rangkaian Driver (Optocoupler & Relay)
Pada rangkaian driver relay digunakan optocoupler jenis PC 817 untuk mengaktifkan relay. Cara kerja optocoupler pada alat ini adalah Jika antara phototransistor dan LED terhalang maka phototransistor tersebut akan off sehingga output dari kolektor akan berlogika high, Sebaliknya jika antara phototransistor dan LED tidak terhalang maka phototransistor dan LED tidak terhalang maka phototransistor tersebut akan on sehingga output-nya akan berlogika low.
Rangkaian Sensor Ultrasonik (Us-016)
Pada pembuatan alat kontrol kran air wudhu ini menggunakan sensor jarak yaitu sensor ultrasonik jenis Us-016. Jarak tangkap modul Sensor ultrasonik Us-016 dapat mencapai 2 cm ~ 3m non-kontak pengukuran fungsi jarak, tegangan listrik 5V, beroperasi pada 3.8mA, mendukung tegangan output analog, stabil dan dapat diandalkan. Modul ini dapat diatur untuk rentang yang berbeda tergantung pada aplikasi (pengukuran jarak maksimum untuk setiap 1m dan 3m); ketika pin rentang mengambang jarak tempuhnya adalah 3m. jarak US-016 dapat dikonversi ke tegangan output analog, sehingga mempermudah dalam pemuatan program. Pin 40 mikro disambungkan ke output ADC sensor, kaki 6, 7, 8 dari mikro disambungkan ke kutub program dari sensor.
Gambar 3.5 Rangkaian Sensor Ultrasonik (Us-016) ke Mikrokontroler
3.7Diagram Alir Sistem Mikrokontroler ATMega8535
Gambar 3.6 Diagram Alir Sistem Mikrokontroler
BAB 4
PENGUJIAN ALAT DAN PROGRAM
Pengujian Rangkaian Mikrokontroller ATMega 8535
Pengujian rangkaian mikrokontriller ATMega 8535 dilakukan dengan menggunakan software PROGISP (Ver 1.72) karena pemrograman menggunakan mode ISP. Pengujian rangkaian ini dilakukan untuk mengetahui apakah mikrokontroller dapat diprogram langsung pada papan rangkaian dan rangkaian ini telah dikenali oleh program dwounloder
Hal yang pertama yang dilakukan adalah menghubungkan rangkaian mikorokontroler ke PC dengan menggunakan downloader, kemudian buka software PROGISP dan pilih chip select ATMega8535.Setelah memilih chip, pilihRead Signature pada bagian toolbar kanan maka text box akan menampilkan Read ID Succesfully. Jika sudah tampil pada texbox kata Read ID Succesfully maka mikrokontroler siap digunakan untuk ditanamkam program.
Gambar 4.1. Pengujian Mokrokontroller Menggunakan ProgISP
Pengujian Rangkaian Regulator
Pengujian rangkaian regulator dilakukan untuk mengetahui besar tegangan yang dihasilkan oleh output regulator L7805 menggunakan multimeter digital. Tegangan output regulator L7805 ini akan digunakan pada mikrokontroler yaitu sebesar 5 volt. Setelah dilakukan pengukuran menggunakan multimeter digital, maka terlihat jelas tampilan multimeter menunjukkan tegangan output regulator L705 sebesar 5 volt. Hal ini dapat menunjukkan bahwa tegangan yang diberikan ke mikrokontroler sesuai dengan spesifikasinya. Jadi dapat dipastikan tegangan dari rangkaian regulator tidak merusak mikrokontroler ATmega8535.
Gambar 4.2 Hasil Pembacaan output tegangan regulator L7805
Pengujian Rangkaian Relay
Pengujian rangkaian relay dilakukan untuk melihat bekerja atau tidaknya rangkaian relay pada sistem. Untuk mengaktifkan relay maka digunakan optocoupler. Relay di hubungkan pada Port C.0 mikrokontroler. Pada keadaan ON, infrared optocoupler dalam keadaan aktif maka secara otomatis fototransistor dalam keadaan saturasi,sehingga tegangan yang mengalir di coil relay sebesar 125 mV. Sebaliknya jika infrared dalam keadaan tidak aktif maka pada fototransistor dalam keadaan cut off, maka arus yang mengalir dalam keadaan off dan tegangan sebesar 15,3 volt. Adapun program yang diisikan ke mikrokontroller untuk mengukur tegangan pada relay adalah sebagai berikut.
Config Portc.0 = output
DDRC.0 = 1
Do
Set Portc.0
Wait 1
Reset Portc.0
Wait 1
Loop
Setelah program diatas dijalankan maka akan diperoleh hasil pengukuran. Dibawah ini adalah tabel data hasil pengukuran perbandingan tegangan pada mikrokontroler dengan relay:
Tabel4.1 TabelPengukuran perbandingan tegangan pada mikrokontroler dengan relay
Mikrokontroler Portc.0
Relay
ON
4.98 V
125 mV
OFF
125 mv
15,3 V
Pengujian Rangkaian Sensor Ultrasonik Us-016
Pada pengujian rangkaian sensor ultrasonik us-016 digunakan jarak dari 10 cm – 30 cm. jarak 1 – 9 cm tidak digunakan karena pada jarak tersebut merupakan range blind dari sensor ultrasonik us-016. Pengujian jarak pendeteksian sensor ultrasonik dilakukan denganmendekatkan dan menjauhkan posisi objek yang ada didepan sensor, dengankondisi objek merupakan benda padat yang tidak menyerap atau terbuat daribahan yang lunak. Untuk mengetahui kepekaan sensor ketika diberikan objekyang berbeda dilakukan sebanyak 8 kali pada masing-masing objek.Hasil pengujian dapat membuktikan bahwa sensor ultrasonik bekerjaberdasarkan kemampuan penghalang memantulkan kembali gelombang ultrasonik yang dikirim oleh sensor ultrasonik, gangguan pada pendeteksiaan sensor dapatdiakibatkan oleh penghalang yang tidak mampu memantulkan gelombang bunyidengan baik dan adanya interferensi gelombang dengan frekuensi yang sama.
Pulsa selebar 10 μs menyatakan jarak 1 mm. Jadi misalkan lebar pulsa yang dikirim adalah 10 ms, maka hasil pengukuran adalah 100 cm. Cara kerja sensor Dapat di simpulkan bahwa sensor ini ketika di beri penghalang/ benda yang menghalangi maka sensor akan menimbulkan tegangan sebesarpantulan yang di berikan. Setelah data di dapat berbentuk pulsa selanjutnya di bacaoleh mikrokontroller. Adapun program yang diisikan ke mikrokontroller untuk mengukur ADC yang terdeteksi oleh sensor Ultrasonik us-016 adalah sebagai berikut:
Dim Us As Word
Config ADC = Single, Prescaler = Auto
Do
Us = Get adc(0)
Print Us
Waitms 100
Loop
Setelah program diatas dijalankan maka akan diperoleh hasil pengukuran. Dibawah ini adalah tabel data hasil pengukuran ADC pada jarak 10 cm – 30 cm:
Tabel4.2 TabelData Hasil Pengukuran ADC
Jarak ( cm )
ADC
Keterangan
10
00100011 (35)
Kran tertutup
11
00100101(37)
Kran tertutup
12
00101010(42)
Kran tertutup
13
00101101(45)
Kran tertutup
14
00110001(49)
Kran tertutup
15
00110101(53)
Kran terbuka
16
00111001(57)
Kran terbuka
17
00111100(60)
Kran terbuka
18
00111111(63)
Kran terbuka
19
01000000(64)
Kran terbuka
20
01000011(67)
Kran terbuka
21
01000111(71)
Kran terbuka
22
01001011(75)
Kran terbuka
23
01001110(78)
Kran terbuka
24
01010010(82)
Kran terbuka
25
01010111(87)
Kran terbuka
26
01011001(89)
Kran tertutup
27
010111101(93)
Kran tertutup
28
010111100(94)
Kran tertutup
29
01100001(97)
Kran tertutup
30
01100100(100)
Kran tertutup
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Dari hasil perancangan alat hingga pengujian dan pembahasan sistem maka penulis dapat menarik kesimpulan, antara lain :
Telah berhasil dirancang sebuah alat kontrol kran air yang dapat meminimalisir kerusakan pada kran air wudhu. Sensor yang digunakan adalah sensor ultrasonik jenis us-016. Dengan menggunakan sensor tersebut maka kita dapat menggunakan kran air wudhu tanpa memutar katub kran seperti biasa. Pemutaran kran secara sembarangan dapat mengakibatkan kerusakan kran air. Pemborosan pada air juga diakibatkan karena kelalaian manusia lupa menutup kembali katub kran air. dengan alat kontrol ini maka dapat meminimalisir kerusakan kran kran dan pemborosan air.
Sistem yang digunakan pada alat ini adalah sistem sensor ultrasonik us-016 berbasis ATmega8535. Pada sistem ini digunakan driver relay yang terdiri dari 2 komponen utama yaitu relay dan optocoupler. Sistem ini sangat efisien untuk mengaktifkan water pump. Sensor us-016 memiliki perbedaan dengan HC-SR04. Pada sistem sensor us-016 memiliki output yang analog. Data yang dihasilkan dari output analog bersifat linier. Sehingga pembuatan program tidak memerlukan waktu yang panjang. jarak objek yang dapat membuka kran air adalah 15-25 cm. berikut tabel dari hasil pengukuran:
Jarak ( cm )
ADC
Keterangan
10
00100011 (35)
Kran tertutup
11
00100101(37)
Kran tertutup
12
00101010(42)
Kran tertutup
13
00101101(45)
Kran tertutup
14
00110001(49)
Kran tertutup
15
00110101(53)
Kran terbuka
16
00111001(57)
Kran terbuka
17
00111100(60)
Kran terbuka
18
00111111(63)
Kran terbuka
19
01000000(64)
Kran terbuka
20
01000011(67)
Kran terbuka
21
01000111(71)
Kran terbuka
22
01001011(75)
Kran terbuka
23
01001110(78)
Kran terbuka
24
01010010(82)
Kran terbuka
25
01010111(87)
Kran terbuka
26
01011001(89)
Kran tertutup
27
010111101(93)
Kran tertutup
28
010111100(94)
Kran tertutup
29
01100001(97)
Kran tertutup
30
01100100(100)
Kran tertutup
Saran
Setelah melakukan penelitian, diperoleh beberapa hal yang dapat dijadikan saran untuk dilakukan penelitian lebih lanjut yaitu :
Pemilihan sensor us-016 sebaiknya memiliki data sheet yang jelas, sehingga karakteristik sensor dapat diketahui.
Sebaiknya digunakan solenoid valve pada kran agar peletakkan sensor dapat dilakukan tepat di kran tersebut,sehingga pembacaan objek yang datang lebih efisien.
DAFTAR PUSTAKA
Bejo, A. 2008. C dan AVR Rahasia Kemudahan Bahasa C dalam Mikrokontroller ATMega8535, Edisi I. Yogyakarta : Graha Ilmu
Bishop, Owen. 2004. Dasar-dasar Elektronika.Terjemahan.Jakarta:
Penerbit Erlangga.
Daryanto, Drs. 2008. Pengetahuan Teknik Elektronika. Jakarta : Bumi aksara
Didin, Wahyudin, 2007, Belajar Mudah Mikrokontroller AT89S52 dengan Basic Menggunakan BASCOM-8051, Yogyakarta: Andi.
Malvino. 1985. Prinsip – prinsip elektronika, Edisi III, Jilid 1. Jakarta :
Gramedia Pustaka Umum.
Millman, J. 2010. Electronic Devices and Circuits. Columbia : McGraw-Hill
International Book Company.
Setiawan,Afrie.2006. 20 aplikasi mikrokontroller ATMEGA8535 &
ATMEGA 16 menggunakan BASCOM -AVR . Yogyakarta: ANDI
Suhata.2005.Aplikasi Mikrokontroler Sebagai Pengendali Peralatan Elektronika. Jakarta:Elex Media Komputindo.
Wardhana, Lingga. 2011. Belajar Sendiri Mikrokontroler AVR Seri ATMega8535
Simulasi, Hardware, dan Aplikasi. Yogyakarta : Penerbit Andi Yogyakarta
http://www.academia.edu/5472233/Sistem-kran-air-otomatis.html
Di akses Pada tanggal 20 Februari 2016
http://www.elangsakti.com/2015/05/sensor-ultrasonik.html?m=1
Diakses pada: 12 Juli 2016
Lampiran 1
Listing program dari seluruh sistem
/*****************************************************
$regfile = "m8535.dat"
$crystal = 8000000
Dim Us As Word
Config Adc = Single , Prescaler = Auto
Config Portc.0 = Output
Config Portc.1 = Output
Ddrc.0 = 1
Ddrc.1 = 1
Pompa Alias Portc.0
Valve Alias Portc.1
Do
Us = Getadc(0)
If Us < 80 Then
Set Pompa
Waitms 50
Set Valve
Wait 1
Else
Reset Valve
Reset Pompa
End If
Waitms 100
Loop
Lampiran 2
Gambar Komponen
Sensor ultrasnik us-016 4. Wadah air
Optocoupler
5. solenoid valve
Relay
Lampiran 3
Gambar Alat Secara Keseluruhan
Tampak depan
Tampak Samping
Tampak belakang
Lampiran 4
Rangkaian Lengkap Sistem
