BAB 2
LANDASAN TEORI
PINTU KANAL BANJIR OTOMATIS PADA BENDUNGAN
2.1 Prinsip kerja pembukapenutup pintu
Dalam membuat suatu alat ada beberapa hal yang perlu di perhatikan yaitu bagaimana cara merancang alat yang akan di buat sesuai dasar teori. Sebelum merancang suatu
sistem atau rangkaian terlebih dahulu membuat blok diagramnya.
pintu Motor stepper
Driver stepper motor A
T 8
9 S
5 1
Saklar batas tutup
Saklar batas buka Sensor air sederhana
Gambar 2.1 Diagram Blok Sistem pembukapenutup pintu
Universitas Sumatera Utara
Diagram blok merupakan salah satu cara yang paling sederhana untuk menjelaskan cara kerja dari suatu sistem dan memudahkan untuk melokalisir
kesalahan dari suatu sistem. Dengan diagram blok kita dapat menganalisa cara kerja rangkian dan
merancang hardware yang akan dibuat secara umum. Diagram merupakan pernyataan hubungan yang berurutan dari suatu atau lebih komponen yang memiliki kesatuan
kerja tersendiri, dan setiap blok komponen mempengaruhi komponen lainya.
Diagram blok memiliki arti yang khusus dengan memberikan keterangan di dalamnya. Untuk setiap blok di hubungkan dengan sutatu garis yang menunjukkan
arah kerja dari setiap blok yang bersangkutan.
2.2 Sensor air sedehana
Sensor air sederhana dapat dibuat scara langsung yaitu,hanya dengan menggunakan dua utas kabel. Sifat air yang dapat menghantar arus listrik dengan baik menbuat kita
dapat mendeteksi adanya air yang telah menyentu sensor. Salah satu utas kabel diberi tegangan listrik apabila air menyentuh kedua utas kabel
maka arus listrik yang telah diberikan kepada salah satu utas kabel akan mengali ke kabel yang satu lagi. Tegangan listrik yang diberikan tentunya bukan tegangan listrik
yang tinggi, sebap tegangan listrik yang tinggi akan membahayakan dan membunuh ekosistem pada bendungan. Tegangan yang di berikan hanyalah tegangan rendah 5V
DC.
Universitas Sumatera Utara
2.3 Mikrokontroler AT89S51
Mikrokontroller sebagai suatu terobosan teknologi mikrokontroler dan microkomputer, hadir memenuhi kebutuhan pasar market need dan teknologi baru.
Sebagai teknologi baru, yaitu teknologi semi konduktor dengan kandungan transistor yang lebih banyak namun hanya membutuhkan ruang kecil serta dapat diproduksi
secara massal dalam jumlah banyak sehingga harga menjadi lebih murah dibandingkan microprocessor. Sebagai kebutuhan pasar, mikrokontroler hadir untuk
memenuhi selera industri dan para konsumen akan kebutuhan dan keinginan alat-alat bantu dan mainan yang lebih canggi serta dalam bidang pendidikan.
Tidak seperti sistem komputer, yang mampu menangani berbagai macam program aplikasi misalnya pengolah kata, pengolah angka, dan lain sebagainya,
Microcontroller hanya bisa digunakan untuk satu aplikasi tertentu saja. Perbedaan lainnya terletak pada perbandingan RAM dan ROM-nya. 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
perangkat keras disimpan dalam ruang ROM yang kecil. Sedangkan Pada mikrokontroler, perbandingan ROM dan RAM-nya yang besar artinya program
control disimpan dalam ROM yang ukurannya relatif lebih besar, sedangkan RAM digunakan sebagai tempat penyimpanan sederhana sementara, termasuk register-
register yang digunakan pada Microcontroller yang bersangkutan.
Microcontroller AT89S51 merupakan salah satu keluarga dari MCS-51 keluaran Atmel. Jenis Microcontroller ini pada prinsipnya dapat digunakan untuk
mengolah data per bit ataupun data 8 bit secara bersamaan.
Universitas Sumatera Utara
Pada prinsipnya program pada Microcontroller dijalankan bertahap, jadi pada program itu sendiri terdapat beberapa set instruksi dan tiap instruksi itu dijalankan
secara bertahap atau berurutan.
Beberapa fasilitas yang dimiliki oleh microcontroller AT89S51 adalah sebagai berikut :
Sebuah Central Processing Unit 8 bit Osilatc : internal dan rangkaian pewaktu
RAM internal 128 byte Flash memori 4 Kbyte
Lima buah jalur interupsi dua buah interupsi eksternal dan tiga buah interupsi internal
Empat buah programable port IO yang masing-masing terdiri dari delapan buah jalur IO
Sebuah port serial dengan kontrol serial full duplex UART Kemampuan untuk melaksanakan operasi aritmatika dan operasi logika
Kecepatan dalam melaksanakan instruksi per siklus 1 mikrodetik pada frekuensi 12 MHz.
Universitas Sumatera Utara
2.3.1 Kontruksi 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 AT89C4051 otomatis diriset begitu rangkaian menerima catu daya. Kristal dengan
frekuensi maksimum 24MHz dan kapasitor 30 mikro-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. 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.
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.
Universitas Sumatera Utara
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 AT89C4051 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 ReceiverTransmiter 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 inputoutput bekerja menurut fungsi waktu. Clock
penggerak untaian pencacah ini bisa berasal dari oscillator kristal atau clock yang diumpan dari luar lewat T0 dan T1T0 dan T1 berhimpitan dengan P3.4 dan P3.5,
sehingga P3.4 dan P3.5 tidak bisa dipakai untuk jalur inputoutput paralel kalau T0 dan T1 dipakai.
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 inputoutput 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.
Universitas Sumatera Utara
2.3.2 Pin-Pin pada Microcontroller AT89S51
Deskripsi pin-pin pada Microcontroller AT89S51 :
Gambar 2.2 IC Mikrokontroler AT89S51
VCC Pin 40
Suplai tegangan
GND Pin 20
Ground
Port 0 Pin 39-Pin 32
Universitas Sumatera Utara
Port 0 dapat berfungsi sebagai IO biasa, low order multiplex addressdata ataupun penerima kode byte pada saat flash progamming Pada fungsi sebagai IO 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 addressdata, por ini akan mempunyai internal pull up.
Pada saat flash progamming diperlukan eksternal pull up, terutama pada saat verifikasi program.
4. Port 2 Pin 21 – pin 28
Port 2 berfungsi sebagai IO 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.
5. Port 3 Pin 10 – pin 17
Port 3 merupakan 8 bit port IO dua arah dengan internal pullup. Port 3 juga mempunyai fungsi pin masing-masing, yaitu sebagai berikut :
Tabel 2.1 Fungsi Masing-masing Pin pada Port 3 Mikrokontroler
Nama Pin Fungsi
Alternatif P3.0 pin 10
RXD Untuk menerima data port serial
P3.1 pin 11 TXD
Untuk mengirim data port serial P3.2 pin 12
INT0 Interupsi Eksternal waktu pencacah 0
Universitas Sumatera Utara
P3.3 pin 13 INT1
Interupsi Eksternal waktu pencacah 1 P3.4 pin 14
T0 Input Eksternal waktu pencacah 0
P3.5 pin 15 T1
Input Eksternal waktu pencacah 1 P3.6 pin 16
WR Jalur menulis memori data eksternal
P3.7 pin 17 RD
Jalur membaca memori data eksternal
6. RST pin 9
Reset akan aktif dengan memberikan input high selama 2 cycle.
7. ALEPROG 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.
8. SEN pin 29
Progam store enable digunakan untuk mengakses memori progam eksternal
9. 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.
10. XTAL1 pin 19
Input untuk clock internal
11. XTAL2 pin 18
Output dari osilator
Universitas Sumatera Utara
2.4 Driver Motor stepper
Motor stepper yang digunakan pada contoh ini bertipe hibrid unipolar, memiliki empat fasa dan panjang langkah sebesar 1,8
per langkahi. Motor diharapkan dapat berputar dalam dua arah dan memiliki dua kecepatan. Karena itu diperlukan pengendali motor
stepper yang memiliki empat keluaran pulsa dengan kemampuan dua arah perputaran dan dua macam frekuensi pulsa guna mengatur kecepatan motor.
.
Gambar 2.3 a bentuk pulsa keluaran dari driver motor stepper b penerapan pulsa driver pada motor stepper dan arah putaran yang bersesuaian
Arah putaran motor dapat diatur dengan mengatur kondisi logika masukan pada pena 13 dari IC 74LS86. Jika diterapkan logika 0, maka motor akan berputar
berlawanan dengan arah jarum jam counter clock wise sedangkan jika diterapkan logika 1, maka motor akan berputar dengan arah sesuai dengan ajah jarum jam
clockwise.
Kecepatan motor ditentukan oleh frekuensi masukan clock yang berbentuk gelombang persegi empat. Pulsa clock ini dibangkitkan oleh rangkaian osilator
pembangkit pulsa berbasis IC timer 555.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.4 bentuk gelombang keluaran rangkaian pembangkit pulsa
Pulsa di atas memiliki frekuensi dan periode yang konstan. Periode dari satu gelombang penuh adalah Tt Time total. Th Time high adalah periode sinyal positif
atau tinggi sedangkan Tl Time low adalah periode sinyal nol atau rendah. Periode gelombang keluaran tersebut ditentukan oleh VR1, VR2, R1, R2 dan C1. Kapasitor
C2 hanya berfungsi sebagai penstabil rangkaian. Untuk menghitung Periode keluaran, dapat dilakukan dengan rumus berikut ini:
Th = 0,693 × C1 × VR1 + R1 + R2
Tl = 0,693 × C1 × R2
Tt = Th + T Jadi periode gelombang Tt adalah:
f =
Tt 1
dimana f adalah frekunsi Hz Tt adalah time total sekon
Karena motor yang digunakan terdiri atas 4 phase dan memiliki kecepatan sudut 1,8
per langkah, maka:
v = × f
Universitas Sumatera Utara
dimana : v adalah kecepatan motor rpm f adalah frekuensi Hz
digunakan transistor bipolar BJT tipe TIP31 yang disusun sebagai open collector switch. Transistor TIP31 adalah tergolong transistor daya menengah yang mampu
mengalirkan arus puncak hingga 5 A. Transistor-transistor ini harus dilengkapi oleh lempengan pendingin dari aluminium untuk mengurangi panas yang terjadi akibat
besarnya arus yang mengalir. L1 - L4 adalah lilitan wound dalam motor stepper. Dioda D1 - D4 berfungsi sebagai pelindung rangkaian dari tegangan tinggi back
EMF yang mungkin timbul dari lilitan motor setepper.
Keluaran dari rangkain pengendali motor stepper phase1 - phase4 dihubungkan ke masukan dari empat transistor tersebut melalui R1 - R2. Jika masukan
bernilai sinyal rendah, maka transistor akan berada pada keadaan cut-off sehingga arus dalam lilitan motor stepper tidak mengalir. Jika masukan bernilai tinggi diatas
tegangan ambang transistor, maka transistor akan on sehingga tegangan antara kolektor dengan emitor V
CE
turun dan arus dapat mengalir ke tanah ground. Dengan begitu motor stepper berputar. Jika sinyal keluaran dari pengendali motor
stepper berbentuk seperti L4 akan dialiri arus secara berurutan. Dengan begitu rotor dari motor stepper akan berputar sesuai dengan arah urutan.
Universitas Sumatera Utara
2.5 Motor Stepper