Batasan Masalah KOMPONEN 1 Transistor

3. Bagaimana sensor air mengubah tegangan menjadi suatu nilai rendah atau tinggi yang bisa dibaca oleh mikrokontroler. 4. Bagaimana prinsip kerja motor driver.

1.3. Tujuan Penulisan

1. Sebagai salah satu syarat untuk dapat menyelesaikan program Diploma tiga D3 Fisika Instrumentasi FMIPA Universitas Sumatera Utara. 2. Mengaplikasikan berbagai teori pendukung yang telah didapat di bangku perkuliahan menjadi sebuah karya nyata berupa sebuah alat. 3. Memanfaatkan mikrokontroler AT89S51 sebagai tempat pemrosesan data untuk mengontrol atap otomatis.

1.4. Batasan Masalah

Mengingat keterbatasan kemampuan penulis dan waktu pelaksanaan pembuatan proyek, maka dibuat batasan masalah sebagai berikut : 1. Membahas tentang Mikrokontroler AT89S51 sebagai basis dalam rangkaian. 2. Membahas tentang LDR sebagai sensor intensitas cahaya. 3. Membahas tentang sensor air sebagai sensor pendeteksi hujan. 4. Membahas tentang bahasa assembly sebagai pemrograman alat.

1.5. Sistematika Penulisan

Untuk memudahkan pembahasan dan pemahaman maka penulis membuat sistematika pembahasan bagaimana sebenarnya prinsip perancangan atap otomatis ini.

BAB I. PENDAHULUAN

Dalam bab ini berisikan mengenai latar belakang, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, serta sistematika penulisan.

BAB II. LANDASAN TEORI

Dalam bab ini dijelaskan tentang teori pendukung yang digunakan untuk pembahasan cara kerja dari rangkaian teori pendukung itu antara lain komponen, perangkat keras, perangkat lunak. Universitas Sumatera Utara

BAB III. PERANCANGAN ALAT DAN PROGRAM

Pada bab ini akan dibahas perancangan dari alat, yaitu diagram blok dari rangkaian, skematik dari masing – masing rangkaian.

BAB IV. ANALISA RANGKAIAN DAN SISTEM KERJA ALAT

Pada bab ini akan dibahas hasil analisa dari rangkaian dan sistem kerja alat, dan juga pemrograman.

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi tentang mengenai kesimpulan yang didapat setelah merakit proyek ini dan saran yang diberikan demi kesempurnaan dan pengembangan proyek ini pada masa yang akan datang. Universitas Sumatera Utara

BAB II LANDASAN TEORI

2.1. KOMPONEN 2.1.1 Transistor Semua transistor memiliki 3 buah kaki sambungan atau terminal. Transistor daya rendah dibuat dengan kemasan dari bahan plastik atau logam. Dimana kemasan transistor yang terbuat dari plastik memiliki salah satu sisi permukaaan yang berbentuk datar, sedangkan yang terbuat dari logam memiliki sebuah tonjolan tag pada pinggiran bawah nya rim. Fitur – fitur ini dimaksudkan untuk membantu pemakai mengidentifikasikan kaki – kaki terminal. Terminal – terminal nya diberi label c, b, dan e yang merukan singkatan dari kolektor, basis dan emitor. Ada 2 jenis transistor berdasarkan arus inputnya BJT dan tegangan inputnya FET. Berikut ulasan 2 transistor tersebut:

1. BJT Bipolar junction Transistor

Transistor jenis ini merupakan transistor yang mempunyai 2 dioda, terminal positif dan negatife nya berdempet sehingga ada 3 terminal. Perubahan arus listrik dalam jumlah kecil pada terminal basis dapat menghasilkan perubahan arus listrik dalam jumlah besar pada terminal kolektor. Prinsip inilah yang mendasari penggunaan transistor sebagai penguat elektronik.

2. FET Field Effect Transistor

Transistor FET dibagi menjadi 2 macam, yaitu junction FET JFETdan Insulated Gate FET IGFET atau juga dikenal dengan sebutan metal oxide silikon FET MOSFET. Berbeda dengan MOSFET terminal gate dalam JFET membentuk sebuah dioda dengan kanal materi semiconductor Universitas Sumatera Utara antara Source dengan drain. Dari sebuah fungsi, hal ini membuat N-chanel JFET menjadi sebuah versi solid state dari tabung vakum yang juga membentuk sebuah dioda antara grade dan katoda. Untuk menggunakan sebuah BJT kita harus menyambungkan nya sedemikian rupa sehingga: 1. Terminal emitter BJT adalah terminal dengan polaritas paling negatife. 2. Terminal kolektor beberapa volt lebih positif dibandingkan terminal emitor. 3. Terminal basis lebih positif 0,7 volt atau sedikit lebih besar dari terminal emitor nya. Dengan kondisi – kondisi ini kita dapat mengetahui bahwa : 1. Arus yang relatife kecil mengalir menuju basis. 2. Arus dengan nilai yang jauh lebih besar mengalir menuju kolektor. 3. Arus basis dan arus kolektor mengalir keluar dari transistor melalui emitor. Transistor sebagai switching Disamping sebagai penguat, transistor juga sering digunakan sebagai switching untuk mengontrol suatu beban dengan arus kecil,medium, atau arus besar dengan aplikasi – aplikasi industri. Gambar 2.1 Transistor sebagai Switching Universitas Sumatera Utara Pada penggunaan transistor sebagai switching tegangan nol volt pada Vbe transistor jenis NPN berarti mengaktifkan transistor tersebut sebagai saklar dengan keadaan terbuka, sedangkan memberi tegangan ≥ 0,7 volt untuk transistor silikon dan ≥ 0,3 volt untuk transistor germanium pada Vbe transistor akan memfungsikan transistor itu sebagai saklar dengan keadaan tertutup. Sedangkan pada transistor jenis PNP tegangan nol justru akan membuat transistor tersebut bekerja sebagai saklar dalam keadaan tertutup. Pada keadaan transistor sebagai saklar tertutup maka arus Ic dari transistor itu akan mengalir melalui Rc melalui ground, sedangkan pada keadaan transistor sebagai saklar terbuka maka arus Ic akan tertahan sampai Rc saja.

2.1.2 Dioda

Dioda adalah sambungan bahan p-n yang berfungsi sebagai penyearah. Komponen ini memberikan resistansi yang sangat rendah terhadap aliran arus pada satu arah dan resistansi yang tinggi terhadap aliran arus, pada arah yang berlawanan. Karakteristik ini memungkinkan diode untuk digunakan dalam aplikasi yang menuntut rangkaian untuk memberikan tanggapan yang berbeda sesuai dengan arah arus yang mengalir didalamnya. Sebuah dioda ideal akan melewatkan arus tak terhingga pada satu arah dan sama sekali tidak melewatkan arus pada arah yang sebaliknya. Sebagai tambahan, diode akan mulai mengalirkan arus apabila tegangan terkecil sekalipun diberikan. Jika bahan semikonduktor tipe p dijadikan lebih positif daripada bahan tipe n melampaui nilai ambang tegangan majunya sekitar 0,6 volt jika bahannya silikon dan 0,2 volt jika bahannya germanium. Dioda akan melewatkan arus dengan bebas. Jika sebaliknya, bahan tipe p dijadikan lebih negatife daripada bahan tipe n, tidak akan ada arus yang mengalir kecuali tegangan yang diberikan melebihi tegangan maksimum atau breakdown yang dapat diterima oleh perangkat. Bahan tipe p menjadi sisi katoda sedangkan bahan tipe n menjadi sisi anoda. Tanpa potensial eksternal, elektron-elektron dari bahan tipe n akan menyeberang ke dalam daerah tipe p dan mengisi sebagian dari hole-hole yang kosong. Tindakan ini akan mengakibatkan terbentuknya suatu daerah ditengah-tengah sambungan dimana tidak terdapat pembawa muatan bebas. Zona ini dikenal dengan daerah serapan deplesion religion. Universitas Sumatera Utara Dalam kondisi bias maju, dioda akan melewatkan arus dengan bebas, diode bertindak seperti sakelar yang tertutup. Dalam kondisi bias mundur, dioda melewatkan arus dalam jumlah yang dapat diabaikan,dioda bertindak seperti sebuah sakelar yang terbuka. Jenis-jenis dioda dibagi menjadi lima jenis berdasarkan fungsinya, yaitu :

1. Dioda penyearah

Dioda yang difungsikan sebagai penyearah tegangan bolak balik menjadi tegangan searah dan biasanya digunakan pada rangkaian power supplay.

2. Dioda foto fotovoltage

Digunakan untuk mengubah energi cahaya menjadi energi listrik searah.

3. Dioda laser

Digunakan untuk membangkitkan sinar laser tahap rendah, dan cara kerjanya mirip LED.

4. Dioda pemancar cahaya LED

Adalah dioda yang memancarkan cahaya bila dipanjar maju. Led dibuat dari semikonduktor campuran seperti gallium arsenide fosfida GaAsP ,gallium fosfida GAP, gallium indium fosfida dan gallium aluminium arsenide. Dioda pemancar cahaya menghasilkan cahaya ketika arus melewatinya. Led dapat digunakan sebagai indikator serba guna. Sebuah led membutuhkan arus sekitar 20mA untuk memancarkan cahaya dengan kecerahan maksimum meskipun arus sekecil 5A pun masih bisa menghasilkan cahaya yang jelas nampak. Jatuh tegangan maju sebuah led rata-rata adalah 1,5volt, sehingga pasokan tegangan 2volt dapat menyalakan sebagian besar led dengan kecerahan maksimum. Sebuah led yang tipikal memiliki kemasan berbentuk kubah yang terbuat dari bahan plastik, dengan pinggiran yang menonjol rim pada bagian bawah kubah. Terdapat dua buah kaki terminal dibagian bawah kubah. Biasanya kaki katoda lebih pendek dari kaki anoda. Cara lain untuk membedakan kaki katoda dengan anoda adalah dengan Universitas Sumatera Utara memperhatikan bagian rim. Rim dibuat berbentuk datar pada sisi yang berdekatan dengan kaki katoda.

5. Dioda zener

Dioda zener digunakan untuk regulasi tegangan

2.1.3 LDR light dependent resistor

Adalah jenis resistor yang berubah hambatannya karena pengaruh cahaya. Bila cahaya gelap,nilai tahanannya semakin besar, sedangkan bila cahayanya terang nilainya menjadi semakin kecil. Sebuah LDR terdiri dari sebuah piringan bahan semikonduktor dengan dua buah elektroda pada permukaannya. Dalam gelap atau dibawah cahaya yang redup, bahan piringan hanya mengandung elektron bebas dalam jumlah yang relatife sangat kecil. Hanya tersedia sedikit elektron bebas untuk mengalirkan muatan listrik, hal ini berarti bahwa bahan bersifat sebagai konduktor yang buruk untuk arus listrik. Dengan kata lain nilai tahanan bahan sangat tinggi. Dibawah cahaya cukup terang,lebih banyak elektron dapat melepaskan diri dari atom-atom bahan semikonduktor ini. Terdapat lebih banyak elektron bebas yang dapat mengalirkan muatan listrik. Dalam keadaan ini,bahan bersifat sebagai konduktor yang baik. Tahanan listrik bahan rendah. Semakin terang cahaya yang mengenai bahan, semakin banyak elektron bebas yang tersedia, dan semakin rendah pula tahanan listrik bahan. Sensor Cahaya light dependent resistors LDR merupakan komponen elektronik yang peka terhadap pencahayaan. Jika mendapat cahaya terang maka nilai tahanannya m engecil sebesar + 250Ω, jika mendapat cahaya yang gelap maka nilai tahanannya akan membesar sebesar + 1MΩ atau bisa mencapai beberapa mega ohm. Universitas Sumatera Utara Gbr 2.2. symbol LDR dan bentuk LDR Gbr 2.3. bentuk grafik LDR

2.1.4 Relay

Relay adalah sebuah saklar yang dikendalikan oleh arus. Relay memiliki sebuah kumparan tegangan rendah yang dililitkan pada sebuah inti. Relay biasanya hanya sebuah kumparan akan tetapi memiliki beberapa kontak. Relay elektromekanis berisi kontak diam dan kontak bergerak yang dipasangkan pada plunger. Kontak ditujuk sebagai normaly open NO dan normaly close NC. Kontak normaly open akan membuka ketika tidak ada arus mengalir pada kumparan, tetapi tertutup secepatnya setelah kumparan menhantarkan arus atau diberi tenaga. Kontak normaly Universitas Sumatera Utara close akan tertutup ketika kumparan tidak diberi daya dan terbuka ketika kumparan diberi daya. Masing-masing kontak biasanya digambarkan sebagai kontak yang nampak dengan kumparan yang tidak diberi daya.

2.1.5 Transformator trafo

Transformator atau trafo adalah komponen yang digunakan untuk mentransfer sumber energi atau tenaga dari suatu rangkaian AC ke rangkaian lainnya. Perpindahan atau transfer energi tersebut bisa menaikkan atau menurunkan energy yang ditransfer, hal ini disesuaikan dengan kebutuhan. Untuk menaikkan tegangan dibutuhkan transformator step-up dan untuk menurunkan tegangan dibutuhkan transformator step- down. Tanpa transformator, distribusi daya listrik yang luas menjadi tidak praktis. Transformator dapat membangkitkan daya pada tegangan yang cocok, menaikkan sampai tegangan yang sangat tinggi untuk transmisi jarak jauh dan kemudian menurunkan pada distribusi yang praktis.prinsip kerja transformator didasarkan pada induksi bersama. Dimana induksi bersama terjadi ketika medan magnet disekitar satu penghantar memotong melintang penghantar yang lain, yang menginduks ikan tegangan didalamnya. Efek ini dapat ditingkatkan untuk membentuk penghantar – penghantar menjadi lilitan dan kumparan pada inti magnet bersama. Trafo daya biasanya menunjuk pada transformator yang lebih besar yang digunakan untuk merubah level tegangan dan arus untuk memenuhi persyaratan rangkaian. Sebagian besar transformator daya dirancang beroperasi pada frekuensi 50 Hz sampai dengan 60 Hz. Transformator ini berfungsi sebagai pensupply daya untuk mengubah tegangan jala – jala menjadi tegangan lain yang dibutuhkan. Menurut pemakaiannya trafo dapat dibagi menjadi 3 jenis yaitu: 1. Trafo filter berfungsi memfilter atau menyaring sinyal. 2. Trafo MF biasa terdapat pada pesawat radio berfungsi sebagai kopel atau menghubungkan antar frekuensi. 3. Trafo daya atau trafo inputoutput digunakan untuk menyesuaikan impedansi. Universitas Sumatera Utara

2.1.6 Sensor Air

Sensor air yang dibuat sebenarnya merupakan PCB yang jalurnya dirancang sedemikian rupa sehingga letak jalur-jalurnya rapat. Ketika air jatuh ke atas sensor, maka resistor di basis transistor akan mendapat tegangan 5V. Hal ini akan menyebabkan transistor C945 akan aktif. Ketika transistor ini aktif, logika outputnya yang dihubungkan pada input IC 7408 merupakan IC dengan 4 gerbang AND akan menjadi 0. Sebaliknya ketika sensor air dalam keadaan kering, maka 5V tidak terhubung pada resistor di basis transistor. Sehingga basis transistor tidak mendapat tegangan. Hal ini menyebabkan transistor tidak aktif transistor akan aktif bila tegangan di basisnya lebih besar dari 0,6V. Karena transistor ini tidak aktif, maka outputnya akan bernilai 1. Keempat output dari sensor air ini dihubungkan ke sebuah IC 7408. Dengan demikian, ketika salah satu saja sensornya menghasilkan logika 0, maka ouput dari IC 7408 akan 0. Logika ini akan dikirimkan ke mikrokontroler untuk mengindikasikan adanya air pada sensor air. IC 7408 ini dapat menghemat penggunaan pin ada mikrokontroler dan mempermudah program yang dibuat.

2.1.7 IC Integrated Circuit

IC adalah rangkain elektronik lengkap yang dimasukkan dalam 1 chip silikon. Didalam 1 buah IC bisa berisi puluhan, ratusan bahkan ribuan komponen elektronika transistor, dioda, resistor, kapasitor dan lainnya yang bersama – sama sebagai penghantar listrik yang bekerjanya disesuaikan dengan fungsi IC tersebut. Pada aplikasi alat ini digunakan IC power adaptor dan juga IC digital 7408N yang digunakan sebagai gerbang AND. IC jenis power adaptor ini digunakan sebagai komponen utama pada rangkaian power adaptor pada sub rangkaian regulator. Fungsi dari IC ini adalah untuk menstabilkan tegangan. Sedangkan IC digital merupakan IC yang banyak digunakan dalam elektronika. IC digital memiliki suatu titik elektronis yang berupa kaki IC. IC jenis ini memiliki dua keadaan logika, yaitu logika nol rendah atau logika satu tinggi. Suatu titik elektronis mewakili satu binary digit atau Universitas Sumatera Utara biasa disingkat dengan bit. Binary berarti sistem bilangan yang mengenal dua angka yaitu nol dan satu. 2.2 Perangkat Keras 2.2.1 Mikrokontroler AT89S51