Aplikasi Atap Otomatis Menggunakan Sensor Cahaya Dan Sensor Air Berbasis Mikrokontroller AT89S51

APLIKASI ATAP OTOMATIS MENGGUNAKAN SENSOR

CAHAYA DAN SENSOR AIR BERBASIS MIKROKONTROLLER

AT89S51

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat memperoleh Ahli Madya

CHAIRIL FADLI 062408014

PROGRAM STUDI D3 FISIKA INSTRUMENTASI

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2009

PERSETUJUAN

Judul : APLIKASI ATAP OTOMATIS MENGGUNAKAN

SENSOR CAHAYA DAN SENSOR AIR BERBASIS MIKROKONTROLLER AT89S51

Kategori : TUGAS AKHIR

Nama : CHAIRIL FADLI

Nomor Induk Mahasiswa : 062408014

Program Studi : DIPLOMA TIGA (D3) FISIKA INSTRUMENTASI

Departemen : FISIKA

Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN

ALAM (MIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Diluluskan di Medan, Juni 2009

Diketahui

Departemen Fisika FMIPA USU Pembimbing,

Ketua Program Studi D3 FIN

(Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc.)

NIP: 132 050 870 NIP : 130 887 995

PERNYATAAN

APLIKASI ATAP OTOMATIS MENGGUNAKAN SENSOR CAHAYA DAN SENSOR AIR BERBASIS MIKROKONTROLLER AT89S51

TUGAS AKHIR

Saya mengakui bahwa tugas akhir ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, Juni 2009

Chairil Fadli 062408014

PENGHARGAAN

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah Subhanahuwata’ala, sang penguasa langit dan bumi dan apa yang ada diantara keduanya. Yang senantiasa melimpahkan karunia-Nya dan selalu memberikan kemudahan dan kelancaran sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dalam waktu yang telah ditetapkan. Sholawat dan salam semoga senantiasa tercurahkan kepada Rasulullah sallallahu’alaihiwasalam sang pembawa petunjuk dan selalu menjadi inspirasi dan teladan bagi penulis.

Ucapan terimakasih saya sampaikan kepada Dr. M. Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika. Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc, selaku Ketua Program Studi D3 Fisika Instrumentasi. Ucapan terimakasih saya sampaikan kepada Ibu Dra. Justinon, M.Si, selaku sekretaris jurusan Departemen Fisika. Dan juga sebagai dosen pembimbing pada penyelesaian tugas akhir ini yang telah memberikan panduan dan penuh kepercayaan kepada saya untuk menyelesaikan tugas akhir ini. Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada Dr. Eddy Marlianto, selaku Dekan FMIPA. Seluruh dosen pada Departemen Fisika. Kepada Ayahanda Sugiono, Ibunda Rosdiana serta adik saya Rozi, Amy, dan Yuni yang telah banyak memberikan dukungan dan semangat kepada penulis, serta Sri Mayang Sari yang selalu ada sebagai penyemangat. Dan tidak lupa pula keluargaku yang selalu memberikan dukungan. Abang Andika Siregar, Amd yang telah banyak memberikan bantuan dan juga masukan kepada penulis. Rekan-rekan Fisika Instrumentasi stambuk 2006 khususnya Atceh, Gigi’, Rina, Sule, Turles, Ayam, Emil, Bawang, Achong dan Jono terimakasih atas motivasi, kritik dan sarannya terhadap tugas akhir ini, makasih ya atas kebersamaannya dan dukungannya. Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan

tugas akhir ini masih terdapat kekurangan dan masih jauh dari ketidaksempurnaan. Oleh karena itu penulis sangat terbuka terhadap saran maupun kritikan dalam sebuah diskusi yang membangun dari pembaca.

Akhir kata penulis mengharapkan semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi pembaca.

Medan, Juli 2009 Penulis

ABSTRAK

Seperti yang sudah kita ketahui bahwa dalam kehidupan sehari – hari banyak pekerjaan yang dilakukan itu sangat rumit, dan pada zaman yang serba canggih ini merupakan bagian yang paling penting dalam kehidupan manusia untuk dapat berkembang maju yang merupakan tuntutan di bidang elektronika dalam hal

pengembangannya. Sebagai mahasiswa Universitas Sumatera Utara, diharapkan dapat mengimplementasikan ilmu pengetahuan dan keterampilan yang didapat selama

dibangku perkuliahan kedalam kehidupan sehari – hari maupun didalam dunia industri. Untuk itu penulis menbuat perencanaan suatu alat yang berjudul “APLIKASI ATAP OTOMATIS MENGGUNAKAN SENSOR CAHAYA DAN SENSOR AIR

BERBASIS MIKROKONTROLLER AT89S51”

Tujuan dari perancangan dan pembuatan alat ini adalah untuk mengaplikasikan teori yang didapat penulis dari perkuliahan dengan membuat suatu alat. Dan tujuan dari pembuatan tugas akhir ini adalah sebagai salah satu syarat untuk menamatkan program Diploma III. Adapun alasan memilih Mikrokontroller sebagai alat pengendali sistem ini adalah untuk mempermudah penulis didalam membuat program dan proses pengerjaan alat tersebut, serta mengurangi tingkat kesalahan yang tinggi.

DAFTAR ISI

Halaman

PERSETUJUAN i

PERNYATAAN ii

PENGHARGAAN iii

ABSTRAK v

DAFTAR ISI vi

DAFTAR TABEL viii

DAFTAR GAMBAR ix

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Rumusan Masalah 2

1.3 Identifikasi Masalah 2

1.4 Batasan Masalah 2

1.5 Sistematika Penulisan 3

BAB II LANDASAN TEORI 5

2.1 Mikrokontroler AT89S51 5

2.1.1 Konstruksi AT89S51 7

2.1.2 Pin-Pin Pada Mikrokontroler AT89S51 9

2.2 Motor Langkah (Stepper) 11

2.3 Motor DC 13

2.4 LDR (Light Devendet Resistor) 15

2.5 Komponen-Komponen Pendukung 16

2.5.1 Resistor 16

2.5.1.1 Fixed Resistor 17

2.5.1.2 Variabel Resistor 18

2.5.2 Kapasitor 20

2.5.2.1 Elektrolik Kapasitor (ELCO) 21

2.5.2.2 Kapasitor Keramik 22

2.5.3 Transistor 23

2.5.4 Kristal 28

BAB III PERANCANGAN ALAT 30

3.1 Diagram Blok Rangkaian 30

3.2 Perancangan Sensor Air 31

3.3 Perancangan Sensor Cahaya 31

3.4 Perancangan Tombol 32

3.5 Perancangan Pengendali Pergerakan Motor (Driver Motor) 32

3.6 Perancangan Program 32

BAB IV PENGUJIAN RANGKAIAN 35 4.1 Pengujian Rangkaian Catu Daya 35

4.2 Pengujian Rangkaian Saklar 36

4.3 Pengujian Rangkaian Driver Motor Stepper 37 4.4 Pengujian Rangkaian Minimum AT89S51 38 4.5 Pengujian Rangkaian Sensor Cahaya 39

4.6 Pengujian Rangkaian Sensor Air 41

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 43

5.1 Kesimpulan 43

5.2 Saran 43

DAFTAR PUSTAKA 44

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 2.1 Fungsi Pin-Pin Mikrokontroler AT89S51 ... 10 Tabel 2.2 Gelang Resistor ... 17 Tabel 2.3 Nilai Kapasitor ... 23

ADAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Mikrokontroler AT89S51 ... 9

Gambar 2.2 Diagram Motor Steper ... 12

Gambar 2.3 Pemberian Data/Pulsa Pada Motor Steper ... 13

Gambar 2.4 Rangkaian Driver Motor Steper ... 14

Gambar 2.5 LDR (Light Devendent Resitor) ... 15

Gambar 2.6 Resistor Karbon ... 17

Gambar 2.7 Potensiometer ... 19

Gambar 2.8 Grafik Perubahan Nilai Pada Potensiometer ... 19

Gambar 2.9 Skema Kapasitor ... 20

Gambar 2.10 Electrolytic Capacitor (ELCO)... 21

Gambar 2.11 Cermic Capacito ... 22

Gambar 2.12 Simbol Tipe Transistor ... 24

Gambar 2.13 Transistor Sebagai Saklar ON ... 25

Gambar 2.14 Karakteristik Daerah Saturasi Pada Transistor ... 26

Gambar 2.15 Transistor Sebagai Saklar OFF ... 27

Gambar 2.16 Lambang Kristal ... 29

Gambar 3.1 Diagram Blok Rangkaian ... 30

Gambar 3.2 Flowchart Rangkaian ... 34

Gambar 4.1 Rangkaian Power Supplay (PSA) ... 35

Gambar 4.2 Rangkaian Saklar ... 36

Gambar 4.3 Rangkaian Driver Motor Steper ... 37

Gambar 4.5 Rangkaian Sensor Cahaya ... 39 Gambar 4.6 Rangkaian Sensor Air ... 41 Gambar 4.7 PCB Sensor Air ... 41

ABSTRAK

Seperti yang sudah kita ketahui bahwa dalam kehidupan sehari – hari banyak pekerjaan yang dilakukan itu sangat rumit, dan pada zaman yang serba canggih ini merupakan bagian yang paling penting dalam kehidupan manusia untuk dapat berkembang maju yang merupakan tuntutan di bidang elektronika dalam hal

pengembangannya. Sebagai mahasiswa Universitas Sumatera Utara, diharapkan dapat mengimplementasikan ilmu pengetahuan dan keterampilan yang didapat selama

dibangku perkuliahan kedalam kehidupan sehari – hari maupun didalam dunia industri. Untuk itu penulis menbuat perencanaan suatu alat yang berjudul “APLIKASI ATAP OTOMATIS MENGGUNAKAN SENSOR CAHAYA DAN SENSOR AIR

BERBASIS MIKROKONTROLLER AT89S51”

Tujuan dari perancangan dan pembuatan alat ini adalah untuk mengaplikasikan teori yang didapat penulis dari perkuliahan dengan membuat suatu alat. Dan tujuan dari pembuatan tugas akhir ini adalah sebagai salah satu syarat untuk menamatkan program Diploma III. Adapun alasan memilih Mikrokontroller sebagai alat pengendali sistem ini adalah untuk mempermudah penulis didalam membuat program dan proses pengerjaan alat tersebut, serta mengurangi tingkat kesalahan yang tinggi.

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah

Dalam kurun waktu singkat perkembangan teknologi melaju dengan sangat pesat. Perkembangan teknologi ini merupakan hasil kerja keras dari rasa ingin tahu manusia terhadap suatu hal yang pada akhirnya diharapkan akan mempermudah manusia untuk dapat menyelesaikan beberapa perkembangan dalam waktu bersamaan dan relatif cepat.

Perkembangan teknologi di negara maju seperti Amerika, Inggris, Jepang, Jerman dan beberapa negara lain membuat kita terpacu untuk membuat / menghasilkan hal sejenis, setidaknya dapat sedikit mengikuti perkembangan.

Indonesia sekarang ini membutuhkan bibit unggul untuk menghasilkan padi yang berkualitas. Contohnya pada penjemuran bibit padi yang akan digunakan, apabila seseorang menjadikan bibit padi sebagai usaha untuk mencari nafkan, maka ia akan mendesain tempat penjemuran padi agar dapat menghasilkan bibit yang bermutu.

Kita ingin mendapatkan kepuasan tersendiri jika tempat penjemuran bibit padi yang kita jadikan sebagai tempat usaha dengan fasilitas yang lengkap dan nyaman.dan dihalangi oleh cuaca yang sering berganti secara tiba-tiba. Misalnya dengan membuat atap yang secara otomatis dapat terbuka dan tertutup sendiri bila berada dalam kondisi tertentu, sehingga kita tidak direpotkan oleh pergantian cuaca.

1.2. Rumusan Masalah

Berdasarkan uraian diatas, penulis tertarik untuk mengangkat permasalahan tersebut kedalam bentuk skripsi sebagai Tugas Akhir dengan judul “Aplikasi Atap Otomatis Pada Penjemuran Bibit Padi Varietas Unggul Berbasis Mikrokontroller AT89S51”.

Pada alat ini akan digunakan sebuah mikrokontroler AT89S51, rangkaian driver motor stepper, dan beberapa buah sensor.

Mikrokontroler AT89S51 sebagai otak dari system, yang berfungsi mengendalikan seluruh sistem. Motor stepper berfungsi untuk menggerakkan atap ruangan agar dapat dibuka/ditutup. Sensor yang digunakan adalah sensor LDR untuk mendeteksi terang dan gelap, dan sensor air untuk mendeteksi adanya hujan dan tidak hujan

1.3 Tujuan Penulisan

Tujuan dilakukan Praktek Proyek ini adalah sebagai berikut: 1. Dapat memahami prinsip kerja alat tersebut.

2. Dapat memahami prinsip kerja Mikrokontroller AT89S51

I.4 Batasan Masalah

Mengacu pada hal diatas, saya akan merancang Aplikasi Atap Otomatis Pada Usaha Laundry Berbasis Mikrokontroller AT89S1, dengan batasan-batasan sebagai berikut :

1. Bagaimana prinsip kerja dari rangkaian pengontrolan atap secara umum

2. Bagaimana kerja sistem driver untuk meng ON kan motor dan meng OFF kan motor serta pengaturan arah putarnya

3. Bagaimana prinsip kerja mikrokontroller AT89S51 sebagai pusat pemerosesan data.

I.5 Sistematika Penulisan

Untuk mempermudah pembahasan dan pemahaman maka penulis membuat sistematika pembahasan bagaimana sebenarnya prinsip kerja sistem pengaturan atap otomatis, maka penulis menulis laporan ini sebagai berikut:

BAB I. PENDAHULUAN

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

BAB II. LANDASAN TEORI

Landasan teori, dalam bab ini dijelaskan tentang teori pendukung yang digunakan untuk pembahasan dan cara kerja dari rangkaian Teori pendukung itu antara lain tentang mikrokontroler AT89S51 (hardware dan software), bahasa program yang digunakan. serta karekteristik dari komponen-komponen pendukung.

BAB III. PERANCANGAN ALAT

Pada bagian ini akan dibahas perancangan dari alat, yaitu diagram blok dari rangkaian, skematik dari masing-masing rangkaian.

BAB IV. PENGUJIAN RANGKAIAN

Pada bab ini akan dibahas hasil analisa dari rangkaian dan sistem kerja alat, penjelasan mengenai program-program yang digunakan untuk mengaktifkan rangkaian, dan diagram alir dari program yang akan diisikan ke mikrokontroler AT89S51..

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini merupakan penutup yang meliputi tentang kesimpulan yang dilakukan dari praktek proyek ini serta saran apakah yang diberikan agar rangkaian ini dapat dibuat lebih efisien dan dikembangkan perakitannya pada suatu metode lain yang mempunyai sistem kerja yang sama.

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Mikrokontroler AT89S51

Mikrokontroler, sebagai suatu terobosan teknologi mikrokontoler dan mikrokomputer, hadir memenuhi kebutuhan pasar (market need) dan teknologi baru. Sebagai teknologi baru, yaitu teknologi semikonduktor dengan kandungan transistor yang lebih banyak namun hanya membutuhkan ruang kecil serta dapat diproduksi secara missal (dalam jumlah banyak) sehingga harga menjadi lebih murah (dibandingkan mikroprosesor). Sebagai kebetuhan pasar, mikrokontelor hadir untuk memenuhi selera industri dan para konsumen akan kebutuhan dan keinginan alat-alat Bantu dan mainan yang lebih canggih.

Ilustrasi yang mungkin bisa memberikan gambaran yang jelas dalam penggunaan mikrokontroler adalah aplikasi mesin tiket dalam arena permainan yang saat ini terkenal di Indonesia. Jika kita sudah selesai bermain, maka akan diberikan suatu nilai, nilai inilah yang menentukan berapa jumlah tiket yang bisa diperoleh dan jika dikumpulkan dapat ditukar dengan berbagai macam hadiah. Sistem tiket ini ditangani dengan mikrokontroler, karena tidak mungkin menggunakan computer PC yang harus dipasang disamping (atau di belakang) mesin permainan yang bersangkutan.

Selain system tiket, kita juga dapat menjumpai aplikasi mikrokontroler dalam bidang pengukuran jarak jauh atau ynag dikenal dengan system telemetri. Misalnya pengukuran disuatu tempat yang membahayakan manusia, maka akan lebih nyaman jika dipasang suatu system pengukuran yang bisa mengirimkan data lewat pemancar dan diterima oleh stasiun pengamatan dari jarak yang cukup aman dari sumbernya. Sistem pengukuran jarak jauh ini jelas membutuhkan suatu system akuisisi data sekaligus system pengiriman data secara serial (melalui pemancar), yang semuanya itu bisa diperoleh dari mikrokontroler yang digunakan.Pada Mikrokontroler ini terdapat memori flash yang terintegerasi dalam system. Dapat ditulis ulang hingga 1000 kali.

Tidak seperti system komputer, yang mampu menangani berbagai macam program aplikasi (misalnya pengolah kata, pengolah angka dan lain sebagainya), mikrokontroler hanya bisa digunakan untuk satu aplikasi tertentu saja. Perbedaan lainnya terletak pada perbandingan RAM-nya dan ROM. Pada system computer perbandingan RAM dan ROM-nya besar, artinya program-program pengguna disimpan dalam ruang RAM yang relative besar, sedangkan rutin-rutin antarmuka perangkat keras disimpan dalam ruang ROM yang kecil. Sedangkan pada mikrokontroler, perbandingan ROM dan RAM-nya yang besar artinya program control disimpan dalam ROM (bisa Masked ROM atau Flash Programble and Erasable Read Only Memory/PEROM ) yang ukurannya relatif lebih besar, sedangkan RAM digunakan sebagai tempat penyimpanan sementara, termasuk register-register yang digunakan pada mikrokontroler yang bersangkutan.

Beberapa fasilitas yang dimiliki oleh microcontroller AT89S51 adalah sebagai berikut :

b. Osilatc : internal dan rangkaian pewaktu c. RAM internal 128 byte

d. Flash memori 4 Kbyte

e. Lima buah jalur interupsi (dua buah interupsi eksternal dan tiga buah interupsi internal)

f. Empat buah programable port I/0 yang masing-masing terdiri dari delapan buah jalur I/0

g. Sebuah port serial dengan kontrol serial full duplex UART

h. Kemampuan untuk melaksanakan operasi aritmatika dan operasi logika

i. Kecepatan dalam melaksanakan instruksi per siklus 1 mikrodetik pada frekuensi 12 MHz

2.1.1 Konstruksi AT89S51

Mikrokontroller AT89S51 hanya memerlukan tambahan 3 kapasitor, 1 resistor dan 1 kristal serta catu daya 5 volt. Kapasitor 10 micro-fard dan resistor 10 kilo Ohm dipakai untuk membentuk rangkaian riset. Dengan adanya rangkaian riset ini AT89S51 otomatis diriset begitu rangkaian menerima catu daya. Kristal dengan frekuensi maksimum 12 MHz dan kapasitor 30 piko-farad dipakai untuk melengkapi rangkaian oscilator

pembentuk clock yang menentukan kecepatan kerja Microcontroller.

Memori merupakan bagian yang sangat penting pada Microcontroller. Microcontroller memiliki dua macam memori yang sifatnya berbeda :

Read Only Memory (ROM) yang isinya tidak berubah meskipun IC kehilangan

catu daya. Sesuai dengan keperluannya, dalam susunan MCS-51 memori penyimpanan program ini dinamakan sebagai memori program.

Random Access Memory (RAM) isinya akan sirna begitu IC kehilangan catu daya, dipakai untuk menyimpan data pada saat program bekerja. RAM yang dipakai untuk menyimpan data ini disebut sebagai memori data.

Ada berbagai jenis ROM. Untuk Microcontroller dengan program yang sudah baku dan diproduksi secara massal, program diisikan kedalam ROM pada saat IC Microcontroller dicetak dipabrik IC. Untuk keperluan tertentu Microcontroller menggunakan ROM yang dapat diisi ulang atau Programble-Eraseable ROM yang disingkat menjadi PROM (PEROM). Dulu banyak UV-EPROM (Ultra Violet Eraseable

Programble ROM) yang kemudian dinilai mahal dan ditinggalkan setelah ada flash

PEROM yang harganya jauh lebih murah.

Jenis memori yang dipakai untuk memori program AT89S51 adalah flash PEROM, program untuk mengendalikan Microcontroller diisikan ke memori itu lewat bantuan alat yang dinamakan sebagai AT89S51 flash PEROM Programmer.

Memori data yang disediakan dalam chip AT89S51 sebesar 128 kilo byte meskipun hanya kecil saja tapi untuk banyak keperluan memori kapasitas itu sudah cukup.

AT89S51 dilengkapi UART (Universal Asyncronous Receiver/Transmiter) yang biasa dipakai untuk komunikasi data secara seri. Jalur untuk komunikasi data seri (RXD dan TXD) diletakkan berhimpitan dengan P1.0 dan P1.1. pada kaki nomor 2 dan 3, sehingga kalau sarana input/output bekerja menurut fungsi waktu. Clock penggerak untaian pencacah ini bisa berasal dari oscillator kristal atau clock yang diumpan dari luar lewat T0 dan T1/T0 dan T1 berhimpitan dengan P3.4 dan P3.5, sehingga P3.4 dan P3.5 tidak bisa dipakai untuk jalur input/output paralel kalau T0 dan T1 dipakai...(Gambar 2.1)

AT89S51 mempunyai enam sumber pembangkit interupsi, dua diantaranya adalah sinyal interupsi yang diumpankan ke kaki INT0 dan INT1. Kedua kaki ini berhimpitan dangan P3.2 dan P3.3 sehingga tidak bisa dipakai sebagai jalur input/output paralel kalau INT0 dan INT1 dipakai untuk menerima sinyal interupsi.

Port1 dan 2, UART, Timer 0, Timer 1 dan sarana lainnya merupakan yang secara fisik merupakan RAM khusus, yang ditempatkan di Special Function Register

(SFR).

2.1.2 Pin-Pin Pada Microcontroller AT89S51

Gambar 2.1 Mikrokontroler AT89S51

VCC (Pin 40)

VCC berfungsi sebagai suplai tegangan. GND (Pin 20)

GND berfungsi sebagai ground. Port 0 (Pin 39-Pin 32)

Port 0 dapat berfungsi sebagai I/O biasa, low order multiplex address/data

ataupun penerima kode byte pada saat flash progamming Pada fungsi sebagai I/O biasa port ini dapat memberikan output sink ke delapan buah TTL input atau dapat diubah sebagai input dengan memberikan logika 1 pada port tersebut.

Pada fungsi sebagai low order multiplex address/data, por ini akan mempunyai internal pull up. Pada saat flash progamming diperlukan eksternal pull up, terutamapada saat verifikasi program.

Port 2 (Pin 21 – pin 28)

Port 2 berfungsi sebagai I/O biasa atau high order address, pada saat mengaksememori secara 16 bit. Pada saat mengakses memori 8 bit, port ini akan mengeluarkan isi dari P2 special function register. Port ini mempunyai internal pull up

dan berfungsi sebagai input dengan memberikan logika 1. Sebagai output, port ini dapat memberikan output sink keempat buah input TTL.

Port 3 (Pin 10 – pin 17)

Port 3 merupakan 8 bit port I/O dua arah dengan internal pullup. Port 3 juga mempunyai fungsi pin masing-masing, yaitu sebagai berikut :

Tabel 2.1 Fungsi Pin-Pin Mikrokontroler AT89S51

Nama pin Fungsi

P3.0 (pin 10) RXD (Port input serial) P3.1 (pin 11) TXD (Port output serial) P3.2 (pin 12) INTO (interrupt 0 eksternal) P3.3 (pin 13) INT1 (interrupt 1 eksternal) P3.4 (pin 14) T0 (input eksternal timer 0) P3.5 (pin 15) T1 (input eksternal timer 1)

P3.6 (pin 16) WR (menulis untuk eksternal data memori) P3.7 (pin 17) RD (untuk membaca eksternal data memori)

RST (pin 9)

Reset akan aktif dengan memberikan input high selama 2 cycle. ALE/PROG (pin 30)

Address latch Enable adalah pulsa output untuk me-latch byte bawah dari alamat selama mengakses memori eksternal. Selain itu, sebagai pulsa input progam (PROG) selama memprogam Flash.

PSEN (pin 29)

Progam Store Enable (PSE) digunakan untuk mengakses memori progam eksternal.

EA (pin 31)

Pada kondisi low, pin ini akan berfungsi sebagai EA yaitu mikrokontroler akan menjalankan progam yang ada pada memori eksternal setelah sistem direset. Jika

kondisi high, pin ini akan berfungsi untuk menjalankan progam yang ada pada memori internal. Pada saat flash progamming, pin ini akan mendapat tegangan 12 Volt.

XTAL1 (pin 19)

XTAL1 merupakan input untuk clock internal. XTAL2 (pin 18)

XTAL2 merupkan output dari osilator.

(Afgianto,2004,“Belajar Mikrokontroler AT89S51/53/55 Teori dan Aplikasi”,Edisi Kedua, Penerbit : Gava Media, Yogyakarta.)

2.2 Motor Langkah ( Motor Stepper )

Motor langkah (gambar 2.2) banyak digunakan dalam berbagai aplikasi, dipergunakan apabila dikehendaki jumlah putaran yang tepat atau di perlukan sebagian dari putaran motor. Suatu contoh dapat di jumpai pada disk drive, untuk proses pembacaan dan/atau penulisan data ke/dari cakram(disk), head baca-tulis ditempatkan pada tempat yang tepat di atas jalur atau track pada cakram, untuk head tersebut di hubungkan dengan sebuah motor langkah.

Aplikasi penggunaan motor langkah dapat juga di jumpai dalam bidang industri atau untuk jenis motor langkah kecil dapat di gunakan dalam perancangan suatu alat mekatronik atau robot. Motor langkah berukuran besar digunakan, misalnya, dalam proses pengeboran logam yang menghendaki ketepatan posisi pengeboran, dalam hal ini di lakukan oleh sebuah robot yang memerlukan ketepatan posisi dalam gerakan lengannya dan lain-lain.

Pada gambar 2.2 ditunjukkan dasar susunan sebuah motor langkah (stepper).

A B

Gambar 2.2 Diagram Motor Stepper

Magnet permanen N-S berputar kearah medan magnet yang aktif. Apabila kumparan stator dialiri arus sedemikian rupa, maka akan timbul medan magnet dan rotor akan berputar mengikuti medan magnet tersebut.setiap pengalihan arus ke kumparan berikutnya menyebabkan medan magnet berputar berputar menurut suatu sudut tertentu, biasanya informasi besar sudut putar tertulis pada badan motor langkah yang bersangkutan. Jumlah keseluruhan pengalihan menentukan sudut perputaran motor.Jika pengalihan arus di tentukan, maka rotor akan berhenti pada posisi terakhir. Jika kecepatan pengalihan tidak terlalu tinggi, maka slip akan dapat dihindari. Sehingga tidak di perlukan umpan balik (feedback) pada pengendalian motor langkah.

Motor langkah yang akan di gunakan memiliki 4 fase (pole atau kutub), pengiriman pulsa dari mikrokontroler ke rangkaian motor langkah dilakukan secara bergantian, masing-masing 4 data (sesuai dengan jumlah phase-nya), sebagian di tunjukkan pada gambar 2.3.

C D A B

Tip 122 VCC 12V MOTOR Stepper Tip 122 330 ฀

VCC 12V

Tip 122 330 ฀

330 ฀

A

B

C

Gambar 2.3 Pemberian Data / Pulsa pada Motor Stepper

Pada saat yang sama ,untuk tiap motor langkah, tidak boleh ada 2 (dua) masukan atau lebih yang mengandung pulsa sama dengan 1 (high), atau dengan kata lain, pada suatu saat hanya sebuah masukan yang bernilai 1 (satu) sedangkan lainnya bernilai 0 (nol).

2.3 Rangkaian Driver Motor Stepper

Untuk mengendalikan perputaran motor stepper dibutuhkan sebuah driver. Driver ini berfungsi untuk memutar motor stepper searah/berlawanan arah dengan arah jarum jam. Mikrokontroler tidak dapat langsung mengendalikan putaran dari motor stepper, karena itu dibutuhkan driver sebagai perantara antara mikrokontroler dan motor stepper, sehingga perputaran dari motor stepper dapat dikendalikan oleh mikrokontroler. Rangkaian driver motor stepper ditunjukkan pada gambar 2.4 berikut:

Gambar 2.4 Rangkaian driver motor stepper

Rangkaian ini terdairi dari 4 buah transistor NPN TIP 122. Masing-masing inputnya diberi nama A, B, C dan D. Basis dari masing-masing transistor diberi tahanan 330 ohm untuk membatasi arus yang masuk ke transistor. Kolektor dihubungkan dengan kumparan yang terdapat pada motor stepper, kemudian kumparan dihubungkan dengan sumber tegangan 12 volt.dan emitor dihubungkan ke ground.

Jika A diberi logika high (1), yang berarti basis pada transistor TIP 122 mendapat tegangan 5 volt, maka transistor akan aktip (saturasi). Hal ini akan menyebabkan terhubungnya kolektor dengan emitor, sehingga kolektor mendapatkan tegangan 0 volt dari ground. Hal ini menyebabkan arus akan mengalir dari sumber tegangan 12 volt ke kumparan, sehingga kumparan akan menghasilkan medan magnet. Medan magnet ini akan menarik motor, sehingga motor mengarah pada kumparan yang memiliki medan magnet tesebut.

Jika kemudian A di beri logika low (0), yang berarti transistor tidak aktip dan tidak ada arus yang mengair pada kumparan, sehingga tidak ada medan magnet pada kumparan. Dan disisi lain B diberi logika high (1), sehingga kumparan yang terhubung ke B akan menghasilkan medan magnet. Maka motor akan beralih kearah kumparan yang terhubung ke B tersebut. Seterusnya jika logika high diberikan secara bergantian

pada input dari driver motor stepper, maka motor stepper akan berputar sesuai dengan arah logika high (1) yang diberikan pada inputnya.

Untuk memutar dengan arah yang berlawanan dengan arah yang sebelumnya, maka logika high (1) pada input driver motor stepper harus diberikan secara bergantian dengan arah yang berlawanan dengan sebelumnya.

2.4 LDR (Light Dependent Resistor)

LDR merupakan suatu sensor yang apabila terkena cahaya maka tahanannya akan berubah. Biasanya LDR dibuat berdasarkan kenyataan bahwa film kadmium sulfid mempunyai tahanan yang besar kalau tidak terkena cahaya dan tahanannya akan menurun kalau permukaan film itu terkena sinar.

Gambar 2.5 LDR (Light Dependent Resistor)

Resistor peka cahaya atau fotoresistor adalah komponen elektronik yang resistansinya akan menurun jika ada perubahan intensitas cahaya yang mengenai fototransistor dapat merujuk pula pada Light Devendent Resistor (LDR), atau fotokonduktor.

mengenai mempunyai frekuensi yang cukup tinggi, foton yang diserap oleh semikonduktor akan menyebabkan elektron memiliki energi yang cukup untuk meloncat kepita konduksi. Elektron bebas yang dihasilkan akan mengalirkan listrik, sehingga menurunkan resistansinya.

Besar tahanan LDR/fotoresistor dalam kegelapan mencapai jutaan ohm dan turun sampai beberapa ratus ohm dalam keadaan terang. LDR dapat digunakan dalam suatu jaringan kerja pembagi potensial yang menyebabkan terjadinya perubahan tegangan kalau sinar yang datang berubah.

2.5. Komponen-Komponen Pendukung

2.5.1., Resistor

Resistor komponen pasif elektronika yang berfungsi untuk membatasi arus listrik yang mengalir. Berdasarkan kelasnya resistor dibagi menjadi 2 yaitu : Fixed Resistor dan Variable R esistor Dan umumnya terbuat dari carbon film atau metal film, tetapi tidak menutup kemungkinan untuk dibuat dari material yang lain.

Pada dasarnya semua bahan memiliki sifat resistif namun beberapa bahan tembaga perak emas dan bahan metal umumnya memiliki resistansi yang sangat kecil. Bahan–bahan tersebut menghantar arus listrik dengan baik, sehingga dinamakan konduktor. Kebalikan dari bahan yang konduktif, bahan material seperti karet, gelas, karbon memiliki resistansi yang lebih besar menahan aliran elektron dan disebut sebagai insulator.

2.5.1.1Fixed Resistor

Resistor adalah komponen dasar elektronika yang digunakan untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam satu rangkaian. Sesuai dengan namanya resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Tipe resistor yang umum berbentuk tabung porselen kecil dengan dua kaki tembaga dikiri dan kanan. Pada badannya terdapat lingkaran membentuk gelang kode warna untuk memudahkan pemakai mengenali besar resistansi tanpa mengukur besarnya dengan ohm meter. Kode warna tersebut adalah standar menufaktur yang dikeluarkan oleh

ELA (Electronic Industries Association).

Gambar 2.6 Resistor k

Tabel 2.2 Gelang Resistor

WARNA GELANG I GELANG II GELANG III GELANG IV

Hitam 0 0 1 -

Coklat 1 1 10 -

Merah 2 2 100 -

Jingga 3 3 1000 -

Kuning 4 4 10000 -

Hijau 5 5 100000 -

Violet 7 7 10000000 -

Abu-abu 8 8 100000000 -

Putih 9 9 1000000000 -

Emas - - 0,1 5%

Perak - - 0,01 10%

Tanpa Warna - - - 20%

Resitansi dibaca dari warna gelang yang paling depan ke arah gelang toleransi berwarna coklat, emas, atau perak. Biasanya warna gelang toleransi ini berada pada bahan resistor yang paling pojok atau juga dengan lebar yang lebih menonjol, sedangkan warna gelang yang keempat agak sedikit ke dalam. Dengan demikian pemakai sudah langsung mengetahui berapa toleransi dari resitor tersebut. Kalau anda telah bisa menentukan mana gelang pertama selanjutnya adalah membaca nilai resistansinya.

Biasanya resistor dengan toleransi 5%, 10% atau 20% memiliki gelang (tidak termasuk gelang toleransi). Tetapi resistor dengan toleransi 1% atau 2% (toleransi kecil) memiliki 4 gelang (tidak termasuk gelang toleransi). Gelang pertama dan seterusnya berturut-turut menunjukkan besar nilai satuan, dan gelang terakhir adalah faktor penggalinya.

2.5.1.2 Variable Resistor

Untuk kelas resistor yang kedua ini terdapat 2 tipe. Untuk tipe pertama dinamakan variable resistor dan nilainya dapat diubah sesuai keinginan dengan mudah dan sering digunakan untuk pengaturan volume, bass, balance, dll. Sedangkan yang kedua adalah semi-fixed resistor. Nilai dari resistor ini biasanya hanya diubah pada kondisi tertentu

saja. Contoh penggunaan dari semi-fixed resistor adalah tegangan referensi yang digunakan untuk ADC, fine tune circuit, dll. Ada beberapa model pengaturan nilai

Variable resistor, yang sering digunakan adalah dengan cara nya terbatas sampai 300

derajat putaran. Ada beberapa model variable resistor yang harus diputar berkali – kali untuk mendapatkan semua nilai resistor. Model ini dinamakan “Potentiometers” atau “Trimmer Potentiometers”.

Gambar 2.7 Potensiometer

Pada gambar 2.3 di atas untuk bentuk 3 biasanya digunakan untuk volume kontrol. Bentuk yang ke 2 merupakan semi fixed resistor dan biasanya di pasang pada PCB (Printed Circuit Board). Sedangkan bentuk 1 dpotentiometers. Ada 3 tipe didalam perubahan nilai dari resistor variabel, perubahan tersebut dapat dilihat pada gambar 2.4.

Gambar 2.8 Grafik Perubahan Nilai Pada Potensiometer

Pada saat tipe A diputar searah jarum jam, awalnya perubahan nilai resistansi lambat tetapi ketika putarannya mencapai setengah atau lebih nilai perubahannya menjadi sangat cepat. Tipe ini sangat cocok dengan karakteristik telinga manusia. Karena telinga sangat peka ketika membedakan suara dengan volume yang lemah, tetapi tidak terlalu sensitif untuk membedakan perubahan suara yang keras. Biasanya tipe A ini juga disebut sebagai “Audio Taper” potensiometer. Untuk tipe B perubahan resistansinya adalah linier dan cocok digunakan untuk Aplikasi Balance Control,

resistance value adjustment in circuit, dll. Sedangkan untuk tipe C perubahan

resistansinya kebalikan dati tipe A.

2.5.2. Kapasitor

Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan listrik. Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki elektroda metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutup negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutup positif karena terpisah oleh bahan elektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini “tersimpan” selama tidak ada konduktif pada ujung- ujung kakinya. Di alam bebas phenomena kapasitor terjadi pada saat terkumpulnya muatan-muatan positif dan negatif diawan.

dielektrik

Elektroda Elektroda

Gambar 2.9 Skema kapasitor.

Kapasitor merupakan komponen pasif elektronika yang sering dipakai didalam merancang suatu sistem yang berfungsi untuk mengeblok arus DC, Filter, dan penyimpan energi listrik. Didalamnya 2 buah pelat elektroda yang saling berhadapan dan dipisahkan oleh sebuah insulator. Sedangkan bahan yang digunakan sebagai

insulator dinamakan dielektrik. Ketika kapasitor diberikan tegangan DC maka energi

listrik disimpan pada tiap elektrodanya. Selama kapasitor melakukan pengisian, arus mengalir. Aliran arus tersebut akan berhenti bila kapasitor telah penuh. Yang membedakan tiap - tiap kapasitor adalah dielektriknya. Berikut ini adalah jenis– jenis kapasitor yang dipergunakan dalam perancangan ini.

Gambar 2.10 Electrolytic Capacitor (ELCO)

Elektroda dari kapasitor ini terbuat dari alumunium yang menggunakan membrane oksidasi yang tipis. Karakteristik utama dari Electrolytic Capacitor adalah perbedaan polaritas pada kedua kakinya. Dari karakteristik tersebut kita harus berhati- hati di dalam pemasangannya pada rangkaian, jangan sampai terbalik. Bila polaritasnya terbalik maka akan menjadi rusak bahkan “meledak”. Biasanya jenis kapasitor ini digunakan pada rangkaian power supply. Kapasitor ini tidak bisa digunakan pada rangkaian frekuensi tinggi. Biasanya tegangan kerja dari kapasitor dihitung dengan cara mengalikan tegangan catu daya dengan 2. Misalnya kapasitor akan diberikan catu daya dengan tegangan 5 Volt, berarti kapasitor yang dipilih harus memiliki tegangan kerja minimum 2 x 5 = 10 Volt.

2.5.2.2 Kapasitor Keramik

Kapasitor menggunakan bahan titanium acid barium untuk dielektriknya. Karena tidak dikonstruksi seperti koil maka komponen ini dapat digunakan pada rangkaian frekuensi tinggi. Biasanya digunakan untuk melewatkan sinyal frekuensi tinggi menuju ke

ground. Kapasitor ini tidak baik digunakan untuk rangkaian analog, karena dapat

mengubah bentuk sinyal. Jenis ini tidak mempunyai polaritas dan hanya tersedia dengan nilai kapasitor yang sangat kecil dibandingkan dengan kedua kapasitor diatas.

Untuk mencari nilai dari kapasitor biasanya dilakukan dengan melihat angka/kode yang tertera pada badan kapasitor tersebut. Untuk kapasitor jenis elektrolit memang mudah, karena nilai kapasitansinya telah tertera dengan jelas pada tubuhnya. Sedangkan untuk kapasitor keramik dan beberapa jenis yang lain nilainya dikodekan. Biasanya kode tersebut terdiri dari 4 digit, dimana 3 digit pertama merupakan angka dan digit terakhir berupa huruf yang menyatakan toleransinya. Untuk 3 digit pertama angka yang terakhir berfungsi untuk menentukan 10n, nilai n dapat dilihat pada tabel 2.3

Tabel 2.3 Nilai Kapasitor

3rd Digit Multiplier Letter Tolerance

0 1 D 0.5 pF

1 10 F 1 %

2 100 G 2 %

3 1,000 H 3 %

4 10,000 J 5 %

5 100,000 K 10 %

6,7 Not Used M 20 %

8 .01 P +100, -0 %

Misalnya suatu kapasitor pada badannya tertulis kode 474J, berarti nilai kapasitansinya adalah 47 + 104 = 470.000 pF = 0.47µ F sedangkan toleransinya 5%. Yang harus diingat didalam mencari nilai kapasitor adalah satuannya dalam pF (Pico Farad).

2.5.3 Transistor

Transistor adalah komponen elektronika yang mempunyai tiga buah terminal. Terminal itu disebut emitor, basis, dan kolektor. Transistor seakan-akan dibentuk dari penggabungan dua buah dioda. Dioda satu dengan yang lain saling digabungkan dengan cara menyambungkan salah satu sisi dioda yang senama. Dengan cara penggabungan seperti dapat diperoleh dua buah dioda sehingga menghasilkan transistor NPN.

Bahan mentah yang digunakan untuk menghasilkan bahan N dan bahan P adalah silikon dan germanium. Oleh karena itu, dikatakan :

1. Transistor germanium PNP. 2. Transistor silikon NPN. 3. Transistor silikon PNP. 4. Transistor germanium NPN.

Semua komponen di dalam rangkaian transistor dengan simbol. Anak panah yang terdapat di dalam simbol menunjukkan arah yang melalui transistor.

C C

Gambar 2.12 simbol tipe transistor Keterangan :

C = kolektor E = emiter B = basis

Didalam pemakaiannya transistor dipakai sebagai komponen saklar (switching) dengan memanfaatkan daerah penjenuhan (saturasi) dan daerah penyumbatan (cut off) yang ada pada karakteristik transistor.

Pada daerah penjenuhan nilai resistansi persambungan kolektor emiter secara ideal sama dengan nol atau kolektor dan emiter terhubung langsung

(short). Keadaan ini menyebabkan tegangan kolektor emiter (VCE) = 0 Volt pada

keadaan ideal, tetapi pada kenyataannya VCE bernilai 0 sampai 0,3 Volt. Dengan

menganalogikan transistor sebagai saklar, transistor tersebut dalam keadaan on seperti pada gambar 2.6

Vcc Vcc

IC _R

Gambar 2.13 Transistor sebagai Saklar ON

Saturasi pada transistor terjadi apabila arus pada kolektor menjadi maksimum dan untuk mencari besar arus basis agar transistor saturi adalah :

Rc Vcc

I_max = ………..……….(2.1)

Rc Vcc I

.

hfe B = ……….……….(2.2)

Rc . hfe

Vcc

I_B= ……….(2.3)

Hubungan antara tegangan basis (VB) dan arus basis (IB) adalah :

B BE B B R V V

I = − ……….(2.4

)

VB = IB . RB +

VBE………..(2.5)

BE B B V Rc . hfe R . Vcc

V = + ………(2.

5)

Jika tegangan VB telah mencapai _B B V_BE

Rc . hfe R . Vcc

V = + , maka transistor akan

Gambar 2.6 dibawah ini menunjukkan apa yang dimaksud dengan VCE (sat)

adalah harga VCE pada beberapa titik dibawah knee dengan posisi tepatnya

ditentukan pada lembar data. Biasanya VCE (sat) hanya beberapa perpuluhan volt,

walaupun pada arus kolektor sangat besar bisa melebihi 1 volt. Bagian dibawah knee pada gambar 2.7 dikenal sebagai daerah saturasi.

Gambar 2.14 Karakteristik daerah saturasi pada transistor

Pada daerah penyumbatan,nilai resistansi persambungan kolektor emiter secara ideal sama dengan tak terhitung atau terminal kolektor dan emiter terbuka (open).

Keadaan ini menyebabkan tegangan (VCB) sama dengan tegangan sumber

(Vcc). Tetapi pada kenyataannya Vcc pada saat ini kurang dari Vcc karena terdapat arus bocor dari kolektor ke emiter. Dengan menganalogikan transistor sebagai saklar, transistor tersebut dalam keadaan off seperti gambar 2.15.

Titik Sumbat (Cut off) IB > IB(sat)

IB = IB(sat)

IB Penjenuhan (saturation) IC Rc Vcc

IB = 0

VCE

Saklar Off Vcc

Vcc

IC _R

RB

VB

IB VBE

Gambar 2.15 Transistor Sebagai Saklar OFF

Keadaan penyumbatan terjadi apabila besar tegangan habis (VB) sama

dengan tegangan kerja transistor (VBE) sehingga arus basis (IB) = 0 maka :

hfe I

IB = C ………(2.6)

IC = IB . hfe ….………(2.7)

IC = 0 . hfe ………..………(2.8)

IC = 0 ………..(2.9)

Hal ini menyebabkan VCE sama dengan Vcc dapat dibuktikan dengan rumus :

Vcc = Vc + VCE …………..………(2.10)

VCE = Vcc – (Ic . Rc) …..………(2.11)

VCE = Vcc …..………(2.12)

2.5.4 Kristal

Kristal adalah komponen yang dibuat dari bahan alam yang menunjukkan efek piezoelektrik, sehingga sering disebut Kristal Piezoelektrik. Bahan utama kristal yang dapat menimbulkan efek Piezoelektrik adalah garam rachelle, tourmaline dan qualte.

Dalam sebuah kristal Piezoelektrik, biasanya qualeze, mempunyai elektroda-elektroda yang dilapiskan pada permukaan yang berhadapan, dan apabila diberikan suatu potensial pada elektroda-elektroda nya maka gaya akan bekerja pada muatan-muatan yang terikat pada kristal.

Apabila komponen ini dipasang dengan benar, maka dalam kristal akan terjadi deformasi-deformasi sehingga terbentuk suatu sistem elektromekanik yang akan bergetar bila dibandingkan dengan benar. Frekuensi, resonansi dan nilai Q-nya tergantung pada dimensi kristal, orientasi permukaan pada sumbu-sumbu kristal dan bagaimana komponen tersebut dipasang (Mountet). Jangkauan frekuensinya dari beberapa KHz sampai beberapa MHz. dan jangkauan nilai Q (resonansi pararel)-nya yang beberapa ribu sampai beberapa ratus ribu data diperoleh secara komersial.

Dengan nilai Q yang sangat tinggi dan dari kenyataan bahwa karakteristik quartz sangat stabil terhadap waktu dan temperature, maka kristal akan menghasilkan stabilitas frekuensi pada osilator-osilator yang dibangun dengan menggunakan kristal.

Pada hakikatnya frekuansi dari suatu osilator kristal hanya ditentukan oleh kristalnya dan tidak oleh komponen lainnya.

Gambar 2.16 Lambang Kristal

(Malvino, Albert Paul, 2003,”Prinsip-Prinsip Elektronika, Jilid 1&2”, Edisi Pertama, Penerbit : Salemba Teknika, Jakarta.)

Sensor Air 1

Sensor Air 3 Sensor Air 2

Mikrokontroler AT89S51

Tombol Buka Manual

Tombol Tutup Manual

Tombol Auto

P0.0

P0.1

P0.2

P1.7

P1.3

P1.5

BAB III

PERANCANGAN ALAT

3.1. Diagram Blok Rangkaian

Secara garis besar, diagram blok rangkaian dari “Simulasi Alat Kontrol Atap Otomatis” ini adalah sebagai berikut:

Gambar 3.1. Diagram Blok Rangkaian

Pada alat ini terdapat 4 buah sensor air yang masing – masing dihubungkan ke P0.0, P0.1, P0.2, dan P0.3. Selain itu, terdapat juga LDR yang digunakan sebagai sensor cahaya yang dihubungkan ke P0.4. Sementara itu, terdapat juga 3 tombol, antara lain tombol auto (dihubungkan ke P1.7), tombol buka manual (dihubungkan ke P1.3), dan tombol tutup manual (dihubungkan ke P1.5). Tombol – tombol ini digunakan sebagai input instruksi agar alat dapat membuka atau menutup atap baik itu secara otomatis maupun manual, sesuai dengan keinginan si pengguna.

Sementara itu, pada P2.4, P2.5, P2.6, dan P2.7 dihubungkan rangkaian driver motor yang akan menggerakkan motor stepper untuk menutup ataupun membuka atap sesuai dengan hasil pengolahan data yang dilakukan mikrokontroler AT89S51.

3.2. Perancangan Sensor Air

Alat ini menggunakan 4 buah sensor air. Hal ini ditujukan agar data yang dihasilkannya menjadi lebih akurat. Ketika salah satu dari sensor ini terkena tetesan air (hujan), maka mikrokontroler AT89S51 akan mendapatkan sinyal low. Hal ini akan mengakibatkan mikrokontroler akan mengirim data pada rangkaian driver motor untuk segera menutup atap.

Sebaliknya, ketika kering mikrokontroler akan mendapatkan sinyal high dari sensor ini. Hal ini akan mengakibatkan mikrokontroler mengirim data pada rangkaian

driver motor untuk segera membuka atap. Hal ini menandakan bahwa cuaca sedang tidak hujan.

3.3. Perancangan Sensor Cahaya

Sensor cahaya dipasang pada alat ini dengan tujuan untuk mendeteksi apakah cuaca sedang cerah atau mendung. Ketika cerah, cahaya yang mengenai LDR akan sangat berlimpah, sehingga mikrokontroler akan mendapatkan sinyal low. Selanjutnya, mikrokontroler akan mengirim data pada rangkaian driver motor untuk segera membuka atap.

Sebaliknya ketika cuaca mendung, cahaya yang mengenai LDR akan berkurang. Sensor cahaya ini akan segera mengirim sinyal high pada mikrokontroler. Ini akan menyebabkan terjadinya penutupan atap.

3.4. Perancangan Tombol

Tombol yang digunakan pada alat ini adalah tombol auto, tombol buka manual, dan tombol tutup manual. Tombol auto digunakan untuk memberikan instruksi pada mikrokontroler agar membuka atau menutup atap secara otomatis sesuai dengan keadaan cuaca yang mengenai sensor – sensor yang ada.

Tombol buka manual digunakan untuk memberikan instruksi pada mikrokontroler agar segera membuka atap tanpa menanggapi sinyal dari sensor – sensor yang ada.

Tobol tutup manual digunakan untuk memberikan instruksi pada mikrokontroler agar segera menutup atap tanpa menanggapi sinyal yang didapat dari sensor – sensor yang ada.

3.5. Perancangan Pengendali Pergerakan Motor (Driver Motor)

Untuk membuka/menutup atap pada alat ini digunakan motor stepper. Namun, mikrokontroler tidak dapat secara langsung menggerakkan motor stepper tersebut. Untuk itulah dibuat rangkaian yang akan menggerakkan motor stepper tersebut.

Untuk membuat motor berputar searah jarum jam, mikrokontroler harus memberikan logika dengan urutan tertentu pada rangkaian driver motor ini. Untuk membuat motor berputar berlawanan dengan arah jarum jam, mikrokontroler haruslah memberikan logika dengan urutan sebaliknya.

3.6. Perancangan Program

Alat ini dirancang untuk membuka atau menutup atap. Ketika tombol buka manual ditekan, alat ini akan membuka atap. Ketika tombol tutup manual ditekan, alat ini akan menutup atap. Namun, ketika tombol auto ditekan, alat ini akan membuka/menutup atap secara otomatis berdasarkan informasi yang diterima mikrokontroler dari perubahan lingkungan di sekitarnya (perubahan cuaca) melalui sensor –sensor yang ada.

Program diawali dengan pengecekan terhadap tombol yang ditekan. Ketika tombol buka manual ditekan, atap akan terbuka. Sebaliknya, ketika tombol tutup manual yang ditekan, atap akan segera tertutup.

Ketika tombol auto ditekan, alat akan segera mengecek keadaan sensor – sensornya. Mikrokontroler akan mengecek keadaan sensor air terlebih dahulu. Ketika

ada sensor yang terkena tetesan air, maka atap akan segera menutup. Jika sensor dalam keadaan kering, mikrokontroler akan segera mengecek keadaan LDR.

Ketika LDR terkena sinar, LDR akan mengirim sinyal low pada mikrokontroler. Selanjutnya, mikrokontroler akan memerintahkan driver motor untuk segera membuka atap. Sebaliknya dalam keadaam minim cahaya, LDR akan mengirim sinyal high pada mikrokontroler. Untuk selanjutnya, mikrokontroler akan segera memerintahkan driver motor untuk menutup atap.

Start

Chek Sensor Air

Jika ada yang aktif Tutup atap Chek limit auto tertutup Jika tertekan Matikan motor Chek Cahaya

Jika gelap Chek Cahaya Chek limit auto buka Jika tertekan Matikan motor Chek tombol manual tutup

Jika ditekan Chek tombol _{manual buka}

Jika ditekan Buka atap Chek limit auto buka Jika tertekan Matikan motor N Y Y N N N N

3.7. Flow Chart Rangkaian

Vreg

LM7805CT

IN OUT

TIP32C 100ohm

100uF

330ohm 220V 50Hz 0Deg

TS_PQ4_12

2200uF 1uF 1N5392GP

1N5392GP

12 Volt

5 Volt BAB IV

PENGUJIAN ALAT

4.1. Rangkaian Catu Daya

Rangkaian ini berfungsi untuk mensupplay tegangan ke seluruh rangkaian yang ada. Rangkaian PSA yang dibuat terdiri dari dua keluaran, yaitu 5 volt dan 12 volt, keluaran 5 volt digunakan untuk mensupply tegangan ke rangkaian display dan rangkaian mikrokontroller, sedangkan keluaran 12 volt digunakan untuk mensuplay tegangan ke rangkaian alarm. Rangkaian power supply ditunjukkan pada gambar 3.2 berikut ini :

Gambar 4.1. Rangkaian Power Supplay (PSA)

Trafo CT merupakan trafo stepdown yang berfungsi untuk menurunkan tegangan dari 220 volt AC menjadi 12 volt AC. Kemudian 12 volt AC akan disearahkan dengan menggunakan dua buah dioda, selanjutnya 12 volt DC akan diratakan oleh kapasitor 2200 μF. Regulator tegangan 5 volt (LM7805CT) digunakan agar keluaran yang dihasilkan tetap 5 volt walaupun terjadi perubahan pada tegangan masukannya. LED1

sebagai indikator apabila PSA dinyalakan, sedangkan LED2 sebagai indikator untuk 5 Volt dan 12 Volt. Transistor PNP TIP 2955 disini berfungsi untuk mensupplay arus apabila terjadi kekurangan arus pada rangkaian, sehingga regulator tegangan (LM7805CT) tidak akan panas ketika rangkaian butuh arus yang cukup besar. Tegangan 12 volt DC langsung diambil dari keluaran 2 buah dioda penyearah.

4.2. Rangkaian Sakelar (Tombol)

Pada alat ini dipakai dua jenis sakelar yaitu limit switch dan touch switch (tombol). Limit switch digunakan sebagai pemberi informasi posisi atap, sedangkan touch switch (tombol) digunakan sebagai tombol operasional alat. Gambar dari rangkaian sakelar ini adalah sebagai berikut:

P0.5 P1.3

P1.5 P1.7 P0.6 P0.7

Gambar 4.2. Rangkaian Saklar

Ketika sakelar terbuka, P1.3 s.d. p1.7 akan bernilai 1 (high). Sedangkan ketika sakelar tertutup, pin akan terhubung langsung dengan ground yang akan mengakibatkan tegangannya menjadi 0 V. Ini akan memberikan logika 0 (low)pada mikrokontroler.

4.3. Rangkaian Driver Motor Stepper

Untuk mengendalikan perputaran motor stepper dibutuhkan sebuah driver. Driver ini berfungsi untuk memutar motor stepper searah dengan jarum jam atau berlawanan arah dengan jarum jam. Rangkaian ini dihubungkan ke port 2 dari mikrokontroler AT89S51. Sehingga untuk memutar motor, harus diberikan logika high secara bergantian ke port 2. Sedangkan untuk memutar motor ke arah sebaliknya, maka logika high yang diberikan secara bergantian tersebut harus berlawanan arah dengan sebelumnya. Dengan demikian maka rangkaian ini sudah dapat dikendalikan oleh mikrokontroler AT89S51

Motor Stepper

Vcc Vcc

P2.7

P2.6 P2.5

P2.4 1K

1K

1K

1K TIP 122 TIP 122

TIP 122 TIP 122

4.4. Rangkaian Minimum AT89S51

Rangkaian ini berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh system yang ada. Kompoen utama dari rangkaian ini adalah IC mikrokontroler AT89S51. Pada IC inilah semua program diisikan, sehingga rangkaian dapat berjalan sesuai dengan yang dikehendaki.

Rangkaian mikrokontroler ditunjukkan pada gambar berikut ini:

Gambar 4.4. Rangkaian mikrokontroller AT89S51

Pin 31 External Access Enable (EA) diset high (H). Ini dilakukan karena mikrokontroller AT89S51 tidak menggunakan memori eskternal. Pin 18 dan 19 dihubungkan ke XTAL 12 MHz dan capasitor 30 pF. XTAL ini akan mempengaruhi kecepatan mikrokontroller AT89S51 dalam mengeksekusi setiap perintah dalam program. Pin 9 merupakan masukan reset (aktif tinggi). Pulsa transisi dari rendah ke

5V VCC 10uF 5V VCC 2 1 30pF 30pF

XTAL 12 MHz

AT89S51 P0.3 (AD3) P0.0 (AD0) P0.1 (AD1) P0.2 (AD2) Vcc P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 P0.4 (AD4) P0.5 (AD5) P0.6 (AD6) P0.7 (AD7) RST EA/VPP P3.0 (RXD) P3.1 (TXD) P3.2 (INT0) P3.3 (INT1) P3.4 (T0) ALE/PROG PSEN P2.7 (A15) P2.6 (A14) P2.5 (A13) P2.4 (A12) P2.3 (A11) P2.2 (A10) P2.1 (A9) P3.6 (WR) P3.5 (T1) P3.7 (RD) XTAL2 XTAL1

GND P2.0 (A8)

1 2 3 4 5 6 7 8 40 39 38 37 36 35 34 33 9 10 11 12 13 14 15 32 31 30 29 28 27 26 16 17 18 19 20 25 24 23 22 21 4.7k฀ 2SA733 5V VCC LED1

tinggi akan me-reset mikrokontroller ini. Pin 32 sampai 39 adalah Port 0 yang merupakan saluran/bus I/O 8 bit open collector dapat juga digunakan sebagai multipleks bus alamat rendah dan bus data selama adanya akses ke memori program eksternal. Pin 1 sampai 8 adalah port 1. Pin 21 sampai 28 adalah port 2. Dan Pin 10 sampai 17 adalah port 3. Pin 17 yang merupakan P3.7 dihubungkan dengan transistor dan sebuah LED. Ini dilakukan hanya untuk menguji apakan rangkaian minimum mikrokontroller AT89S52 sudah bekerja atau belum. Dengan memberikan program sederhana pada mikrokontroller tersebut, dapat diketahui apakah rangkaian minimum tersebut sudah bekerja dengan baik atau tidak. Jika LED yang terhubug ke Pin 17 sudah bekerja sesuai dengan perintah yang diberikan, maka rangkaian minimum tersebut telah siap digunakan. Pin 20 merupakan ground dihubungkan dengan ground pada power supplay. Pin 40 merupakan sumber tegangan positif dihubungkan dengan + 5 volt dari power supplay.

4.5. Rangkaian Sensor Cahaya

LDR

4K7 100K

330 Ohm

4K7

C945

+ 5V + 5V

P1.4

LDR atau Light Dependent Resistor adalah salah satu jenis resistor yang nilai hambatannya dipengaruhi oleh cahaya yang diterima olehnya. LDR dibuat dari Cadmium Sulfida yang peka terhadap cahaya. Seperti yang telah diketahui bahwa cahaya memiliki dua sifat yang berbeda yaitu sebagai gelombang elektromagnetik dan foton/partikel energi (dualisme cahaya). Saat cahaya menerangi LDR, foton akan menabrak ikatan Cadmium Sulfida dan melepaskan elektron. Semakin besar intensitas cahaya yang datang, semakin banyak electron yang terlepas dari ikatan. Sehingga hambatan LDR akan turun saat cahaya meneranginya.

LDR akan mempunyai hambatan yang sangat besar saat tak ada cahaya yang mengenainya (gelap). Dalam kondisi ini hambatan LDR mampu mencapai 1 M Ohm. Akan tetapi saat terkena cahaya, hambatan LDR akan turun secara drastic, hingga kira-kira 250 Ohm.

Pada saat LDR dikenai cahaya, besar tegangan yang diumpankan ke transistor adalah:

x 5 V = 4,9 V

Tegangan tersebut akan mengkatifkan transistor C945. Pada saat aktif, kolektornya akan mendapatkan tegangan 0 Volt dari ground. Tegangan 0 volt inilah yang merupakan sinyal low (0) yang diumpankan ke mikrokontroler AT89S51.

Pada saat tidak ada cahaya yang mengenai LDR, tegangan yang diumpankan ke transistor adalah:

Tegangan tersebut belum dapat mengaktifkan transistor C945. Dengan demikian tegangan kolektor-emitornya berkisar antara 4,5 V – 5 V. Tegangan inilah yang

merupakan sinyal high (1) yang diumpankan pada mikrokontroler AT 89S51.

4.6. Rangkaian Sensor Air

4K7

330 Ohm

4K7

C945 + 5V

+ 5V

Sensor

Air _{P1.0 … P1.3}

Gambar 4.6. Rangkaian Sensor Air

Sensor air yang dipergunakan pada rangkaian ini adalah sebuah PCB (Printed

Circuit Board) yang jalur tembaganya dibuat serapat mungkin. Sehingga ketika tetesan

Gambar 4.7. PCB Sensor Air

Ketika tetesan air mengenai jalur tersebut, basis transistor akan mendapat tegangan sekitar 4,5 V – 5 V. Hal ini akan mengakibatkan transistor aktif. Ketika aktif, transistor tersebut akan memberikan logika 0 (low) pada mikrokontroler.

Sebaliknya, dalam keadaan kering jalur – jalur tembaga pada PCB tersebut tidak terhubung. Hal ini akan meng-off kan transistor dan akan mengirimkan logika 1(high) pada mikrokontroler.

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

1. Sistem ini dikatakan efektif bekerja apabila sensor yang digunakan ini terkena air, hujan dan embun maka rangkaian akan bekerja untuk menutup secara otomatis dan apabila sudah dalam keadaan kering atap terbuka secara otomatis. Dan untuk kesensitifannya maka sensor ini basah/air pada proyek ini kita pasang sebanyak 4 buah

2. Pada saat tidak ada ujan dan cuaca pada keadaan gelap maka sensor cahaya akan meng ON kan rangkaian untuk menutup atap tersebut dan pada saat terang belum tentu terbuka, bisa saja cuaca terang tetapi hujan datang.

5.2 Saran

1. Agar Sistem atau rangkaian yang digunakan tidak terganggu, sebaiknya alat ini dikemas dalam bentuk yang lebih ama dan terlindung.

2. Untuk dimasa yang akan datang, agar alat ini dapat ditingkatkan dan dikembangkan.

3. Alangkah baiknya jika alat ini dimanfaatkan dan disosialisasikan kegunaannya dikalangan mahasiswa dan masyarakat

DAFTAR PUSTAKA

Agfianto,2004,“Belajar Mikrokontroler AT89S51/53/55 Teori dan Aplikasi”,Edisi Kedua, Penerbit : Gava Media, Yogyakarta.

Andi,2003,“Panduan Praktis Teknik Antarmuka dan Pemrograman Mikrokontroler

AT89S51”, Penerbit : PT Elex Media Komputindo, Jakarta.

Malvino, Albert Paul, 2003,”Prinsip-Prinsip Elektronika, Jilid 1&2”, Edisi Pertama, Penerbit : Salemba Teknika, Jakarta.

PROGRAM

Config Lcd = 16 * 2

Config Lcdpin = Pin , Db4 = P3.2 , Db5 = P3.3 , Db6 = P3.4 Config Lcdpin = Pin , Db7 = P3.5 , E = P3.1 , Rs = P3.0

Reset P0.5

Cls

Locate 1 , 1

Lcd "Simulasi Atap" Locate 2 , 1

Lcd "Penjemuran" Wait 1

Utama: Cls Set P3.7

If P2.7 = 0 Then Reset P0.5 Gosub Auto Goto Utama End If

If P2.7 = 1 Then Reset P0.5 Gosub Manual Goto Utama End If

Manual: Cls

Locate 1 , 1

Lcd "Sistem Manual" Waitms 20

Reset P2.2 Set P2.3 Reset P0.5 Cek_buka:

If P2.0 = 0 Then Gosub Buka Return End If

Cek_tutup:

If P2.1 = 0 Then Gosub Tutup Return

End If

If P2.1 = 1 And P2.0 = 1 Then Gosub Berhenti

Return End If Goto Manual

Auto:

Cls

Locate 1 , 1

Lcd "Sistem Auto" Waitms 20

Set P2.2 Reset P2.3 Reset P0.5

If P1.0 = 0 Then Gosub Tutup Return End If

If P1.1 = 0 Then Gosub Tutup Return End If

If P1.2 = 0 Then Gosub Tutup Return End If

If P1.3 = 0 Then Gosub Tutup Return End If

If P1.4 = 1 Then Gosub Tutup Return End If

Gosub Buka Return Goto Auto

Buka:

Locate 2 , 1

Lcd "Sedang Buka" Waitms 20

Reset P0.5 If P1.6 = 0 Then Gosub Berhenti Return

End If

Buka_lagi: Reset P3.7 Set P0.0 Reset P0.1 Reset P0.2 Reset P0.3 Waitms 10

Reset P0.0 Set P0.1 Reset P0.2 Reset P0.3 Waitms 10

Reset P0.1 Set P0.2 Reset P0.3 Waitms 10

Reset P0.0 Reset P0.1 Reset P0.2 Set P0.3 Waitms 10 Set P3.7

If P1.6 <> 0 Then Goto Buka_lagi End If

Gosub Berhenti Return

Tutup:

Locate 2 , 1

Lcd "Sedang Tutup" Waitms 20

Reset P0.5 If P1.7 = 0 Then Gosub Berhenti Return

End If

Tutup_lagi: Reset P3.7 Reset P0.0 Reset P0.1 Reset P0.2 Set P0.3 Waitms 10

Reset P0.0 Reset P0.1 Set P0.2 Reset P0.3 Waitms 10

Reset P0.0 Set P0.1 Reset P0.2 Reset P0.3

Waitms 10

Set P0.0 Reset P0.1 Reset P0.2 Reset P0.3 Waitms 10 Set P3.7

If P1.7 = 1 Then Goto Tutup_lagi End If

Gosub Berhenti Return

Berhenti: Set P3.7 Reset P0.0 Reset P0.1 Reset P0.2 Reset P0.3 Return End

If P1.1 = 0 Then Gosub Tutup Return End If

If P1.2 = 0 Then Gosub Tutup Return End If

If P1.3 = 0 Then Gosub Tutup Return End If

If P1.4 = 1 Then Gosub Tutup Return End If

Gosub Buka Return Goto Auto

Buka:

Locate 2 , 1

Lcd "Sedang Buka" Waitms 20

Reset P0.5 If P1.6 = 0 Then Gosub Berhenti Return

End If

Buka_lagi: Reset P3.7 Set P0.0 Reset P0.1 Reset P0.2 Reset P0.3 Waitms 10

Reset P0.0 Set P0.1 Reset P0.2 Reset P0.3 Waitms 10

Reset P0.1 Set P0.2 Reset P0.3 Waitms 10

Reset P0.0 Reset P0.1 Reset P0.2 Set P0.3 Waitms 10 Set P3.7

If P1.6 <> 0 Then Goto Buka_lagi End If

Gosub Berhenti Return

Tutup:

Locate 2 , 1

Reset P0.5 If P1.7 = 0 Then Gosub Berhenti Return

End If

Tutup_lagi: Reset P3.7 Reset P0.0 Reset P0.1 Reset P0.2 Set P0.3 Waitms 10

Reset P0.0 Reset P0.1 Set P0.2 Reset P0.3 Waitms 10

Reset P0.0 Set P0.1 Reset P0.2 Reset P0.3

Waitms 10

Set P0.0 Reset P0.1 Reset P0.2 Reset P0.3 Waitms 10 Set P3.7

If P1.7 = 1 Then Goto Tutup_lagi End If

Gosub Berhenti Return

Berhenti: Set P3.7 Reset P0.0 Reset P0.1 Reset P0.2 Reset P0.3 Return End