BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Motor

(1)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Motor

Motor merupakan sebuah perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik inilah yang digunakan untuk berbagai keperluan, misalnya menggerakkan pompa, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dan lain-lain. Motor juga banyak digunakan untuk keperluan rumah seperti menggerakkan mixer, bor listrik, kipas angin angin dan lain-lain. Di industri motor bahkan disebut “kuda kerja” nya industri sebab diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di industri.

2.2 Motor DC

Motor arus searah (motor dc) adalah salah satu jenis motor yang telah ada selama lebih dari seabad. Keberadaan motor dc telah membawa perubahan besar sejak dikenalkan motor induksi yang nama lain dari motor listrik arus bolak balik (ac) karena motor dc mempunyai keunggulan dalam kemudahan untuk mengatur dan mengontrol kecepatan dibandingkan motor ac (motor bolak-balik yang bekerja memerlukan suplay tegangan bolak balik ). Motor dc dapat berfungsi sebagai motor apabila didalam motor listrik tersebut terjadi proses konversi dari energi listrik menjadi energi mekanik. Motor dc itu sendiri memerlukan suplai tegangan yang searah pada kumparan jangkar dan kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Pada motor dc kumparan medan disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar).

(2)

Gambar 2.1 Bagian – bagian Motor dc Bagian – bagian motor dc secara umum, yaitu :

1. Badan Mesin

Badan mesin ini berfungsi sebagai tempat mengalirnya fluks magnet yang dihasilkan kutub magnet, sehingga harus terbuat dari bahan ferromagnetik. Fungsi lainnnya adalah untuk meletakkan alat-alat tertentu dan mengelilingi bagian-bagian dari mesin, sehingga harus terbuat dari bahan yang benar-benar kuat, seperti dari besi tuang dan plat campuran baja.

2. Inti kutub magnet dan belitan penguat magnet

Inti kutub magnet dan belitan penguat magnet ini berfungsi untuk mengalirkan arus listrik agar dapat terjadi proses elektromagnetik. Adapun aliran fluks magnet dari kutub utara melalui celah udara yang melewati badan mesin.

3. Sikat-sikat

Sikat-sikat ini berfungsi sebagai jembatan bagi aliran arus jangkar dengan bebas, dan juga memegang peranan penting untuk terjadinya proses komutasi. 4. Komutator

Komutator ini berfungsi sebagai penyearah mekanik yang akan dipakai bersama-sama dengan sikat. Sikat-sikat ditempatkan sedemikian rupa sehingga komutasi terjadi pada saat sisi kumparan berbeda.

5. Jangkar

Jangkar dibuat dari bahan ferromagnetik dengan maksud agar kumparan jangkar terletak dalam daerah yang induksi magnetiknya besar, agar ggl induksi yang dihasilkan dapat bertambah besar.

(3)

6. Belitan jangkar :

Belitan jangkar merupakan bagian yang terpenting pada mesin arus searah, berfungsi untuk tempat timbulnya tenaga putar motor.

2.2.1. Jenis – Jenis Motor dc

Secara umum motor dc dibagi atas 2 (dua) macam, yaitu ;

1. Motor DC dengan sikat yang berfungsi sebagai pengubah arus pada kumparan sedemikian rupa sehingga arah putaran motor akan selalu sama. 2. Motor DC tanpa sikat menggunakan semi konduktor untuk merubah

maupun membalik putarannya untuk menggerakkan motor, tingkat kebisingan motor jenis ini rendah karena putarannya halus.

Hal-hal dasar yang dapat menurunkan efisiensi kerja motor dc:

1. Kelebihan supplay tegangan kerja dari batas maksimum motor dc 2. Pemanasan terhadap mesin sehingga akan menaikkan temperatur motor 3. Pembebanan diluar maksimum motor

4. Menurunkan efisiensi dari motor itu sendiri, biasanya karena proses penggulungan ulang motor.

Sifat umum dari motor dc

Apabila motor beroperasi secara terus menerus maka temperatur dari motor juga akan terus meningkat. Apabila motor telah mencapai temperatur yang tinggi dan motor terus digunakan maka akan membuat kinerja kecepatan motor akan menurun dan tidak efektif lagi serta dapat menimbulkan kerusakan.

Ini dapat dilihat pada hubungan resistansi pada kawat kumparan/lilitan motor dengan temperatur , yaitu :

R = Ro ( 1+ α T ) Dimana :

R = Resistansi konduktor pada temperatur t Ro = Resistansi konduktor pada suhu referensi α = koefisien temperatur dari resistansi T = perubahan suhu (oC)

(4)

Apabila temperatur kawat lilitan/kumparan pada motor semakin panas maka akan menaikkan resistansi pada kawat tersebut, yang berarti naiknya resistansi pada kawat meyebabkan penurunan arus pada motor. Penurunan arus inilah yang akan menyebabkan adanya daya terdisipasi (energi yang hilang) menjadi panas. Karena terjadinya kehilangan energi itulah yang menyebabkan pemanasan terhadap motor sehingga akan menaikkan temperatur motor yang menurunkan efisiensi dari kerja motor itu sendiri.

Pengaruh panas pada motor dc

Panas yang berlebihan akan menyebabkan penurunan kondisi atau kerusakan pada motor , sehingga mengurangi umur pakai. Secara umum dikatakan bahwa setiap penambahan temperatur 10 oC pada motor dengan waktu lama atau terus menerus, mengakibatkan umur motor berkurang setengahnya.

Contoh:

Sebuah motor jika dioperasikan pada temperatur normal diperkirakan mencapai umur 20 tahun. Tapi jika motor harus beroperasi 10 oC diatas normal, maka umurnya menjadi 1/2 X 20 tahun. Jika motor harus beroperasi 40 oC diatas normal, maka umurnya menjadi 1/16 x 20 tahun. Dari hasil survei, kerusakan pada motor 60 % dikarenakan overheating.

Motor dc banyak sekali dipakai dalam kehidupan sehari-hari seperti pemutar kaset, pemutar piringan magnetik di harddisk komputer, kipas pendingin komputer, dan lain-lain bahkan mainan anak-anak menggunakan motor dc, sedangkan untuk keperluan-keperluan yang berdaya besar, motor dc masih dipakai misalkan pada elevator, conveyor yang digunakan dipabrik-pabrik.

2.2.2 Prinsip kerja Motor DC

Daerah kumparan medan yang yang dialiri arus listrik akan menghasilkan medan magnet yang melingkupi kumparan jangkar dengan arah tertentu. Konversi dari energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun sebaliknya berlangsung melalui medan magnet, dengan demikian medan magnet disini selain berfungsi sebagai tempat untuk menyimpan energi, sekaligus berfungsi sebagai tempat berlangsungnya proses perubahan energi dan daerah tersebut dapat dilihat pada

(5)

Gambar 2.2 Prinsip Kerja Motor dc Dengan mengacu pada hukum kekekalan energi :

Proses energi listrik = energi mekanik + energi panas + energi didalam medan magnet Maka dalam medan magnet akan dihasilkan kumparan medan dengan kerapatan fluks sebesar B dengan arus adalah I serta panjang konduktor sama dengan L maka diperoleh gaya sebesar F, dengan persamaan sebagai berikut :

F = B I L (2.1)

dengan : F = Gaya magnet pada sebuah arus (Newton) B = Medan magnet (Tesla)

I = Arus yang mengalir (Ampere) L = Panjang konduktor (meter)

Arah dari gaya ini ditentukan oleh aturan kaidah tangan kiri, adapun kaidah tangan kiri tersebut adalah sebagai berikut :

Gambar 2.3 Kaidah Tangan Kiri

Ibu jari sebagai arah gaya ( F ), telunjuk jari sebagai fluks ( B ), dan jari tengah sebagai arus ( I ). Saat gaya ( F ) tersebut dibandingkan, konduktor akan bergerak didalam kumparan medan magnet dan menimbulkan gaya gerak listrik yang

(6)

merupakan reaksi lawan terhadap tegangan sumber. Agar proses perubahan energi mekanik tersebut dapat berlangsung secara sempurna, maka tegangan sumber harus lebih besar dari pada tegangan gerak yang disebabkan reaksi lawan. Dengan memberi arus pada kumparan jangkar yang dilindungi oleh medan maka menimbulkan perputaran pada motor.

2.3 Sensor Optocoupler

Optocoupler diartikan sebagai Opto (Optic) dan Coupler (Penghubung). Jadi optocoupler adalah suatu komponen penghubung (coupling) yang bekerja berdasarkan picu dari cahaya optik. Optocoupler menggabungkan LED IR dan phototransistor dalam satu kemasan. Pada optocoupler terdiri dari dua bagian, yaitu bagian transmitter dan receiver. Transmitter biasanya dibangun dari sebuah led infra merah, untuk memperoleh ketahanan yang lebih baik terhadap cahaya tampak dari pada jika menggunakan LED biasa. Receiver dibangun dengan dasar komponen phototransisitor, yang akan menghasilkan bias maju/ON bila mendapat cahaya (infra merah) dari transmitter dan sebaliknya menghasilkan cutoff/OFF bila tidak mendapat cahaya (infra merah) dari LED transmitter

(a) (b)

Gambar 2.4 (a) Skematik Optocoupler (b) Bentuk Fisik Optocoupler

(7)

Bagian-bagian optocoupler:

1. Led inframerah yang berfungsi sebagai transmitter

Sinar 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. Sifat-sifat cahaya infra merah:

1. tidak tampak manusia

2. tidak dapat menembus materi yang tidak tembus pandang

Led inframerah adalah suatu bahan semikonduktor yang memancarkan cahaya monokromatik (cahaya yang hanya terdiri atas satu warna dan satu panjang gelombang) yang tidak koheren ketika diberi tegangan maju. Pengembangan led inframerah dimulai dengan alat inframerah dibuat dengan galliumarsenide. Cahaya infra merah pada dasarnya adalah radiasi elektromagnetik dari panjang gelombang yang lebih panjang dari cahaya tampak, tetapi lebih pendek dari radiasi gelombang radio, dengan kata lain infra merupakan warna dari cahaya tampak dengan gelombang terpanjang, yaitu sekitar 700 nm sampai 1 mm.

Gambar 2.5 Led Inframerah

Cahaya led inframerah timbul sebagai akibat penggabungan elektron dan hole pada persambungan antara dua jenis semikonduktor dimana setiap penggabungan disertai dengan pelepasan energi. Pada penggunaannya led inframerah ini merupakan komponen elektronika yang memancarkan cahaya infra merah dengan konsumsi daya sangat kecil. Led inframerah dapat diaktifkan dengan tegangan dc untuk transmisi atau sensor jarak dekat, dan dengan tegangan ac (30–40 KHz) untuk transmisi atau sensor jarak jauh.

(8)

Karakteristik dari LED Infra merah:

1.Dapat dipakai dalam waktu yang sangat lama. 2.Membutuhkan daya yang kecil.

3.Tidak mudah panas.

4.Dapat digunakan dalam jarak yang lebar. 2. Fototransistor yang berfungsi sebagai receiver

Receiver yang digunakan oleh sensor infra merah adalah jenis fototransistor, yaitu jenis transistor bipolar yang menggunakan kontak (junction) base-collector untuk menerima atau mendeteksi cahaya dengan gain internal yang dapat menghasilkan sinyal analog maupun digital. Fototransistor ini akan mengubah energi cahaya menjadi arus listrik dengan sensitivitas yang lebih tinggi dibandingkan fotodioda ,tetapi dengan waktu respon yang secara umum akan lebih lambat daripada fotodioda. Hal ini terjadi karena transistor jenis ini mempunyai kaki basis terbuka untuk menangkap sinar,dan elektron yang ditimbulkan oleh foton cahaya pada junction ini di-injeksikan di bagian basis dan diperkuat dibagian kolektornya.

Gambar 2.6 Fototransistor

Pada fototransistor, jika kaki basis mendapat sinar maka akan timbul tegangan pada basisnya dan akan menyebabkan transistor berada pada daerah jenuhnya(saturasi), akibatnya tegangan pada kaki kolektor akansama dengan ground (Vout=0 V). Sebaliknya jika kakibasis tidak mendapat sinar, tidak cukup tegangan untuk membuat transistor jenuh, akibatnya semua arus akan dilewatkan ke keluaran (Vout=Vcc).

(9)

Foto transistor memiliki karakteristik : 1.Pendeteksi jarak dekat Infra merah.

2.Dapat dikuatkan sampai 100 sampai 1500. 3.Respon waktu cukup cepat.

4.Dapat digunakan dalam jarak lebar.

5.Dapat dipasangkan dengan (hampir) semua penghasil cahaya atau cahaya yang dekat dengan inframerah, seperti Led inframerah, Neon, Fluorescent, lampu bohlam, cahaya laser dan api.

6.Mempunyai karakteristik seperti transistor, kecuali bagian basis digantikan oleh besar cahaya yang diterima.

Ditinjau dari penggunaannya, Optocoupler dapat digunakan untuk mendeteksi adanya nya penghalang antara transmitter dan receiver dengan cara bagian tengah (antara Led Inframerah dan phototransistor) diberi suatu penghalang. Contoh aplikasinya yaitu Optocoupler dengan piringan berlubang untuk deteksi kecepatan putar motor, sistem deteksi lubang penanda disket pada disk drive komputer, dan sistem limit switch pada printer dan lain-lain.

2.3.1 Prinsip kerja Optocoupler

Proses terjadinya pancaran cahaya pada LED infra merah dalam optocoupler yaitu disaat 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 memasuki 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 kemasan mempunyai jarak yang dekat dengan penerima cahaya infra merah yaitu fototransistor. 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 merupakan komponen elektronika yang berfungsi sebagai detektor cahaya infra merah. Detektor cahaya ini mengubah efek cahaya menjadi sinyal listrik

(10)

2.4 Sensor LM35

Sensor LM35 merupakan sensor yang digunakan untuk mendeteksi suhu dengan cara mengubah besaran suhu menjadi besaran elektris dalam bentuk tegangan. Dikemas dalam bentuk Integrated Circuit (IC) .

(a) (b) Gambar 2.7 (a). Bentuk Fisik Sensor LM 35

(b). Konfigurasi Pin LM 35 Dilihat Dari Bagian Bawah

Sensor LM35 ini merupakan sensor yang banyak digunakan dalam melakukan pengukuran dan pengontrolan suhu, dikarenakan sensor LM35 ini memiliki keakuratan yang tinggi, kemudahan perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain serta memiliki karakteristik sensor yang cukup baik.

Gambar 2.8 Karakteristik Sensor LM 35 Dimana karakteristik dari sensor LM 35 ini, yaitu:

1. Dapat dikalibrasi langsung ke dalam besaran Celcius karena sensor suhu jenis LM35 ini sudah difungsikan untuk mendeteksi besaran suhu dalam skala Celcius.

(11)

2. Memiliki sensitivitas suhu dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10 mVolt/ºC , sehingga sensor akan melakukan penginderaan pada saat perubahan suhu setiap suhu 1 ºC akan menunjukan tegangan sebesar 10 mV. Karena itu LM35 tidak lagi memerlukan kalibrasi ekternal.

3. Memiliki tingkat kelinieran yang tinggi, yaitu suhu akan naik 1ºC setiap kenaikan 10 mV dan suhu akan turun setiap pengurangan 10mV.

4. Mudah dalam penempatan, yaitu pada penempatannya LM35 dapat ditempelkan dengan perekat atau dapat pula ditempatkan pada permukaan semen akan tetapi suhunya akan sedikit berkurang sekitar 0,01 ºC karena terserap pada suhu permukaan tersebut.

5. Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low self heating) yaitu kurang dari 0,5ºC,sehingga tingkat kesalahan dalam pembacaan suhu rendah.

6. Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC. 7. Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt dengan arus rendah yaitu 60 µA.

2.4.1 Prinsip Kerja LM35

LM35 merupakan IC yang digunakan sebagai sensor suhu. IC tersebut mengubah kondisi suhu lingkungan disekitarnya menjadi sinyal listrik. Sinyal listrik keluaran LM35 ini memiliki nilai yang sebanding dengan suhu lingkungan dalam bentuk derajat celcius (ºC). Kerja dari sensor suhu LM35 ini adalah perubahan nilai tahanannya akan semakin besar apabila suhu lingkungannya semakin rendah dan nilai tahanannya akan menjadi kecil apabila suhu lingkungannya semakin tinggi. Maka adanya perubahan suhu akan menyebabkan nilai tahanan dari LM35 juga akan berubah. Pada saat LM35 aktif elektron-elektron pada pita valensi akan melakukan pergerakan dari katoda ke anoda sehingga menimbulkan perbedaan potensial. Perbedaan potensial inilah yang menjadi tegangan keluaran dari LM35. Dimana nilai tegangan LM35 akan semakin besar jika nilai suhu besar sebaliknya nilai tegangan LM35 akan semakin kecil jika nilai suhu yang dibaca kecil. LM35 memiliki tingkat kelinieran yang tinggi dimana kenaikan 1ºC akan menghasilkan tegangan sebesar 10mV atau 10 mVolt/ºC.

(12)

2.5. ADC (Analog to Digital Converter)

Analog to Digital Converter (ADC) adalah sebuah piranti yang dirancang untuk mengubah sinyal-sinyal analog menjadi sinyal-sinyal digital. Proses pengubahan ini dikenal juga dengan nama sistem akusisi data. ADC merupakan piranti masukan, artinya mikrokontroler mendapatkan data dari ADC. ADC memerlukan sinyal write dan read. Sinyal write digunakan sebagai perintah bagi ADC untuk memulai konversi. A/D Converter ini dapat dipasang sebagai pengonversi tegangan analog dari suatu peralatan sensor ke konfigurasi digital yang akan diumpankan ke suatu sistem minimum. Terdapat 4 macam ADC yang memenuhi standar industri, yaitu integrating, tracking, flash/paralel. dan successive approximation

Menurut cara pengkonversiannya, ADC dapat dikelompokkan dalam beberapa jenis yaitu:

1. Tipe integrating

Tipe integrating menawarkan resolusi tertinggi dengan biaya terendah. ADC tipe ini tidak dibutuhkan rangkaian sample hold. Tipe ini memiliki kelemahan yaitu waktu konversi yang agak lama, biasanya beberapa milidetik.

2. Tipe tracking

Tipe tracking menggunakan prinsip up down counter (pencacah naik dan pencacah turun). Binary counter (pencacah biner) akan mendapat masukan clock secara kontinyu dan hitungan kan bertambah atau berkurang tergantung pada kontrol dari pencacah apakah sedang naik (up counter) atau sedang turun (down counter). ADC tipe ini tidak menguntungkan jika dipakai pada sistem yang memerlukan rangkaian sample hold. ADC tipe ini sangat tergantung pada kecepatan clock pencacah, semakin tinggi nilai clock yang digunakan, maka proses konversi akan semakin singkat.

3. Tipe flash/ paralel

Tipe ini dapat menunjukkan konversi secara lengkap pada kecepatan 100 MHz dengan rangkaian kerja sederhana. Sederetan tahanan mengatur masukan inverting dari tiap-tiap konverter menuju tegangan yang lebih tinggi dari

(13)

konverter sebelumnya jadi untuk tegangan masukan Vin denagn full scale range, komparator dengan bias di bawah Vin akan mempunyai keluaran rendah. Keluaran komparator ini tidak dalam bentuk biner murni. Suatu dekoder dibutuhkan untuk membentuk suatu keluaran yang biner. Beberapa komparator berkecepatan tinggi, dengan waktu tunda (delay) kurang dari 6 ns banyak digunakan karena itu dihasilkan kecepatan konversi yang sangat tinggi. Jumlah komparator yang dibutuhkan untuk suatu konversi n bit adalah 2n-1. 4. Tipe successive approximation convertion

Tipe successive approximation convertion merupakan suatu konverter yang paling sering ditemukan dalam dasar perangkat keras yang menggunakan ADC. Tipe ini memiliki kecepatan konversi cukup tinggi meskipun dari segi harga relatif mahal. Prinsip kerja konverter tipe ini adalah menggunakan nilai digital terhadap nilai tegangan analog yang dikonversikan.

Jenis ADC yang biasa digunakan dalam perancangan adalah jenis successive approximation convertion (SAR) atau pendekatan bertingkat yang memiliki waktu konversi jauh lebih singkat . IC ADC 0804 merupakan salah satu dari sekian banyak pengubah data analog menjadi data digital

Jenis 0804 ini merupakan ADC yang simpel dan mudah digunakan .IC ADC 0804 ini mempunyai 20 pin dengan konfigurasi seperti gambar berikut :

(14)

Pada ADC 0804 ini, terdapat dua jenis prinsip didalam melakukan konversi, yaitu free running dan mode control. Pada mode free running, ADC akan mengeluarkan data hasil pembacaan input secara otomatis dan berkelanjutan (continue). Prinsip yang kedua yaitu mode control, pada mode ini ADC baru akan memulai konversi setelah diberi instruksi dari mikrokontroler. Instruksi ini dilakukan dengan memberikan pulsa rendah kepada masukan WR sesaat, kemudian membaca keluaran data ADC setelah keluaran INTR berlogika rendah. Pada penelitian ini, prinsip konversi yang digunakan adalah mode control.

Secara umum Rangkaian di dalam IC ADC memiliki 2 bagian utama, yaitu: 1. Bagian Sampling dan Hold, yang berfungsi menangkap atau menahan tagangan

analog input sesaat untuk seterusnya diumpankan ke rangkaian pengonversi. 2. Rangkaian Konversi A/D (plus rangkaian kontrolnya).

Gambar dibawah ini menggambarkan bagaimana aliran sinyal analog diubah ke sinyal digital.

Gambar 2.10 Diagram ADC Secara Umum

Rangkaian di atas dioperasikan sebagai berikut. Pertama, kontroler, dalam hal ini mikroprosesor / mikrokontroller menghubungi ADC dengan mengirim sinyal CE. Artinya, ADC diaktifkan. Kemudian SOC (start of conversion) dikirimkan sehingga ADC mulai melakukan sampling sinyal dan diikuti dengan konversi ke digital.

Bila konversi selesai maka ADC akan mengirimkan tanda selesai EOC (end of conversion) yang artinya hasil konversi telah siap dibaca di (PB7-PB0). ). Program yang sesuai harus dibuat mengikuti prosedur seperti di atas. Artinya, program utama

(15)

mikroprosesor harus dimuati dengan suatu program loop tertutup dan menunggu tanda untuk membaca data dari ADC. Meski tanda ini tidak harus diperhatikan, tetapi berakibat data yang dipaksa dibaca akan sering invalid karena CPU tidak dapat membedakan keadaan ambang (ketika ADC tengah melakukan konversi) dengan keadaan data siap (valid). Agar lebih efektif, fungsi interrupt harus diaktifkan untuk menghindari terjebaknya CPU dalam loop saat menunggu ADC siap. Dengan demikian CPU hanya akan membaca data bila mendapatkan interrupt.

Secara singkat, ADC memerlukan bantuan sekuensi kontrol untuk menangkap dan mengkonversi sinyal. Seberapa lama ADC dapat sukses mengkonversi suatu nilai sangat tergantung dari kemampuan sampling dan konversi dalam domain waktu. Makin cepat prosesnya, makin berkualitas pula ADC tersebut. Karena inilah maka karakteristik ADC yang paling penting adalah waktu konversi (conversion time). Namun demikian, kemampuan riil ADC dalam kontrol loop tertutup dalam sebuah sistem lengkap justru sangat dipengaruhi oleh kemampuan kontroler atau prosesor dalam mengolah data input-output secara cepat, dan bukan hanya karena kualitas ADC-nya.

2.6 Mikrokontroler

Mikrokontroler adalah single chip yang memiliki kemampuan untuk diprogram dan dirancang khusus untuk aplikasi kontrol serta dilengkapi dengan ROM, RAM dan fasilitas I/O pada satu chip. Mikrokontroler merupakan suatu hasil dari pekembangan teknologi semikonduktor yang menghasilkan suatu chip dengan kemampuan komputasi yang sangat cepat dengan bentuk yang kecil dan harga yang murah. Mikrokontroler terus berkembang dengan tujuan untuk memenuhi kebutuhan pasar terhadap alat-alat elektronik dengan perangkat cerdas, cepat sebagai pengontol dan pemprosesan data.

2.6.1 Mikrokontroler AT89S52

Mikrokontroler AT89S52 adalah salah satu anggota dari keluarga MCS-51 seri 8052 merupakan pengembangan dari seri 8051,dirancang oleh atmel yang paling banyak digunakan karena dilengkapi dengan internal 8 Kbyte Flash PEROM

(16)

(Programmable and Erasable Read Only Memory), yang memungkinkan memori program untuk dapat diprogram berkali-berkali (1000 siklus baca/tulis).

Gambar 2.11 Blok Diagram Fungsional AT89S52 Mikrokontroler AT89S52 memiliki spesifikasi sebagai berikut :

1. Read Only Memory (ROM) sejumlah 8 kilobyte

ROM atau Read Only Memory merupakan memori penyimpanan data yang isinya tidak dapat diubah atau dihapus (hanya dapat dibaca). ROM biasanya diisi dengan program untuk menjalankan mikrokontrolersetelah power dinyalakan dan berisi data-data konstanta /kode yang diperlukan oleh program. Kapasitas memori yang disediakan oleh AT89S52 ini adalah 8 kilobyte

2. Read Only Memory (RAM) sejumlah 256 byte

RAM atau Random Access Memory merupakan memori penyimpanan data yang isinya dapat diubah atau dihapus .RAM biasanya berisi data-data variabel dan register. Data yang tersimpan pada RAM bersifat volatile (hilang jika catu daya yang terhubung dimatikan/diputukan.

(17)

3. Empat buah port I/O, yang masing masing terdiri dari 8 bit

I/O (Input/Output) port merupakan sarana yang dipergunakan oleh mikrokontroler untuk mengakses peralatan-peralatan lain, berupa pin-pin yang dapat berfungsi untuk mengeluarkan data-data digital atau berfungsi untuk menginput data .Selain itu, dapat digunakan sebagai terminal komunikasi paralel, serta komunikasi serial (pin10 dan 11).

4. Tiga buah 16 bit timer/counter/time/

16 bit (2 byte) timer/counter merupakan salah satu register khusus yang berfungsi sebagai pencacah/penghitung eksekusi program mikrokontroler.

5. Interface komunikasi serial

Interface komunikasi serial merupakan suatu fungsi port yang terdapat dalam mikrokontroler dalm melakukan antarmuka (interface) secara serial yaitu pada P3.0 dan P3.1.

6. Memiliki kemampuan Arithmetic and Logic Unit (ALU)

Arithmetic and Logic Unit (ALU) memiliki kemampuan mengerjakan roses-proses arimatika (penjumlahan,pengurangan,pengalian,pembagian) dan operasi logika

(AND,OR,XOR,NOT) terhadap bilangan bulat 8 atau 16 bit.

Arsitektur hardware mikrokontroler AT89S52 dari perspektif luar atau biasa disebut pinout digambarkan pada gambar di bawah ini:

(18)

Berikut adalah penjelasan mengenai fungsi dari tiap-tiap pin (kaki) yang ada pada mikrokontroler AT89S51 :

a. Port 0 (Pin 39 – Pin 32)

Merupakan dual-purpose port (port yang memiliki dua kegunaan). Pada disain yang minimum (sederhana), port 0 digunakan sebagai port Input/Output (I/O). Sedangkan pada disain lebih lanjut pada perancangan dengan memori eksternal digunakan sebagai data dan address (alamat) yang di-multiplex.

b. Port 1 (Pin 1 – Pin 8)

Port 1 berfungsi sebagai I/O biasa, pada kaki ke 6, ke 7 dan ke 8 terdapat Mosi, Miso dan Sck sebagai masukan dari ISP Programmer yang terhubung ke komputer. Tanpa adanya port ini maka mikrokontroler tidak dapat diprogram oleh ISP Programmer.

c. Port 2 (Pin 21 – pin 28)

Merupakan dual-purpose port. Pada disain minimum digunakan sebagai port I/O (Input/Output). Sedangkan pada disain lebih lanjut digunakan sebagai high byte dari address (alamat).

d. Port 3 (Pin 10 – pin 17)

Merupakan dual-purpose port. Selain sebagai port I/O (Input/Output), port 3 juga mempunyai fungsi khusus. Fungsi khusus tersebut diperlihatkan pada tabel 2.1. Port 3 terdapat pada pin 10-17.

Tabel 2.1 Fungsi Khusus Port 3 No. Pin Port Pin Nama Port Fungsi

10 P3.0 RXD Menerima data untuk port serial 11 P3.1 TXD Mengirim data untuk port serial 12 P3.2 INT 0 Interrupt 0 eksternal

13 P3.3 INT 1 Interrupt 1 eksternal 14 P3.4 T0 Timer 0 input eksternal 15 P3.5 T1 Timer 1 input eksternal

16 P3.6 WR Memori data eksternal write strobe 17 P3.7 RD Memori data eksternal read strobe e. PSEN (pin 29)

PSEN (Program Store Enable) adalah sinyal kontrol yang mengizinkan untuk mengakses program (code) memori eksternal. Pin ini dihubungkan ke pin OE (Output

(19)

instruksi. PSEN akan selalu bernilai “1” (HIGH) pada pembacaan program memori internal.

f. ALE (pin 30)

ALE (Address Latch Enable) digunakan untuk men-demultiplex address (alamat) dan data bus. Ketika menggunakan program memori eksternal, port 0 akan berfungsi sebagai address (alamat) dan data bus. Pada setengah paruh pertama memori cycle ALE akan bernilai “1” (HIGH) sehingga mengizinkan penulisan address (alamat) pada register eksternal. Dan pada setengah paruh berikutnya akan bernilai “1” (HIGH) sehingga port 0 dapat digunakan sebagai data bus.

g. EA (pin 31)

EA (External Access) pada kondisi low, pin ini akan berfungsi sebagai EA yaitu mikrokontroler akan menjalankan program yang ada pada memori eksternal setelah sistem di-reset. Jika kondisi high, pin ini akan berfungsi untuk menjalankan program yang ada pada memori internal.

h. RST (pin 9)

Jika pada pin ini diberi input “1” (HIGH) selama minimal 2 cycle, maka sistem akan di-reset ( kembali ke awal )

i. On-Chip oscillator

AT89S52 telah memiliki on-chip oscillator yang dapat bekerja jika didrive menggunakan kristal. Tambahan kapasitor diperlukan untuk menstabilkan sistem. Nilai kristal yang biasa digunakan pada AT89S52 ini adalah 12 MHz. On-Chip Oscillator pada AT89S52 terdiri dari XTAL1 (pin 19) input untuk clock internal dan XTAL2 (pin 18) output dari osilator.

j. Koneksi power

AT89S52 beroperasi pada tegangan 5 volt. Pin Vcc terdapat pada pin 40, sedangkan pin Gnd (ground) terdapat pada pin 20.

Intruksi-instruksi dalam mikokontroler

Intruksi-instruksi yang dimaksud merupakan seperangkat intruksi yang disusun menjadi sebuah program untuk memerintahkan microcomputer melakukan suatu pekerjaan. Sebuah instruksi selalu berisi kode operasi (op-code), kode pengoperasian inilah yang disebut dengan bahasa mesin yang dapat dimengerti oleh mikrokontroller.

(20)

Instruksi-instruksi yang digunakan dalam memprogram suatu program yang diisikan pada AT89S52 adalah instruksi bahasa pemograman assembler.

2.6.2 Instruksi Transfer Data

Instruksi transfer data terbagi menjadi dua kelas operasi sebagai berikut :

• Transfer data umum ( General Purpose Transfer ), yaitu : MOV, PUSH dan POP.

• Transfer spesifik akumulator ( Accumulator Specific Transfer ), yaitu : XCH, XCHD, dan MOVC.

Instruksi transfer data adalah intruksi pemindahan /pertukaran data antara operand sumber dengan operand tujuan. Operand-nya dapat berupa register, memori atau lokasi suatu memori. Penjelasan instruksi transfer data tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut.

MOV : Transfer data dari Register satu ke Register yang lainnya, antara Register dengan Memory.

PUSH : Transfer byte atau dari operand sumber ke suatu lokasi dalam stack yang alamatnya ditunjuk oleh register penunjuk.

POP : Transfer byte atau dari dalam stack ke operand tujuan.

XCH : Pertukaran data antara operand akumulator dengan operand sumber.

XCHD : Pertukaran nibble orde rendah antara RAM internal ( lokasinya ditunjukkan oleh R0 dan R1 )

MOVC : Pertukaran data dengan menjumlahkan isi data pointer dengan isi akumulator

2.6.3 Instruksi Aritmatik

Operasi dasar aritmatik seperti penjumlahan, pengurangan, perkalian dan pembagian dimiliki oleh AT89S52 dengan mnemonic : INC, ADD, SUBB, DEC, MUL dan DIV. Penjelasan dari operasi mnemonic tersebut dijelaskan sebagai berikut : INC : Menambah satu isi sumber operand dan menyimpan hasilnya ke operand

tersebut

(21)

SUBB : Pengurangan akumulator dengan sumber operand, hasilnya disimpan dalam operand tersebut.

DEC : Mengurangi sumber operand dengan 1. dan hasilnya disimpan pada operand tersebut.

MUL : Perkalian antara akumulator dengan Register B.

DIV : Pembagian antara akumulator dengan Register B dan hasilnya disimpan dalam akumulator, sisanya di Register B.

2.6.4. Instruksi Logika

Mikrokontroller AT89S52 dapat melakukan operasi logika bit maupun operasi logika byte. Operasi logika tersebut dibagi atas dua bagian yaitu :

• Operasi logika operand tunggal, yang terdiri dari CLR, SETB, CPL, RL, dan RR.

• Operasi logika dua operand seperti : ANL, ORL, dan XRL.

Operasi yang dilakukan oleh AT89S52 dengan pembacaan instruksi logika tersebut dijelaskan dibawah ini :

CLR : Menghapus byte atau bit menjadi nol. SETB : Membuat bit menjadi satu.

CPL : Mengkomplemenkan akumulator. RL : Rotasi akumulator 1 bit ke kiri. RR : Rotasi akumulator 1 bit ke kanan.

ANL : Meng-AND kan data bit secara langsung dengan isi akumulator. ORL : Meng-OR kan data bit secara langsung dengan isi akumulator. XRL : Meng_XOR kan data bit secara langsung dengan isi akumulator.

2.6.5 Instruksi Percabangan

Instruksi percabangan terdiri dari (3) tiga kelas operasi yaitu :

• Lompatan tidak bersyarat ( Unconditional Jump ) seperti : SJMP, AJMP, LJMP

• Lompatan bersyarat ( Conditional Jump ) seperti : JB, JNB, JZ, JNZ, JC, JNC, CJNE, dan DJNZ.

(22)

Penjelasan dari instruksi diatas sebagai berikut :

SJMP : Lompatan untuk percabangan dengan jangkauan maksimum 1 byte AJM : Lompatan untuk percabangan maksimum 2 Kbyte.

LCALL : Pemanggilan subroutine yang mempunyai alamat antara 2 Kbyte – 64 Kbyte.

JB : Percabangan yang akan lompat ke label atau ke alamat yang dituju jika dalam keadaan bit.

JNB : Percabangan yang akan lompat ke label atau ke alamat yang dituju jika dalam keadaan tidak bit.

JZ : Percabangan akan dilakukan jika akumulator adalah nol. JNZ : Percabangan akan dilakukan jika akumulator adalah tidak nol. JC : Percabangan terjadi jika CF (Carry Flag) diset “1”.

JNC : Percabangan terjadi jika CF (Carry Flag) diset “0”.

CJNE : Operasi perbandingan operand pertama dengan operand kedua, jika tidak sama akan dilakukan percabangan.

DJNZ : Mengurangi nilai operand sumber dan percabangan akan dilakukan apabila isi operand tersebut tidak nol.

RET : Kembali ke subroutine.

RETI : Kembali ke program interupsi utama

2.7 Liquid Crystal Display (LCD)

LCD merupakan salah satu komponen yang banyak dipilih untuk dipergunakan sebagai tampilan karena kemudahannya dalam mengatur tampilan agar lebih menarik. Salah satu contoh LCD yang banyak digunakan yaitu LCD M1632 (LCD 2x16).

(23)

LCD display module M1632 terdiri dari dua bagian, yang pertama merupakan panel LCD sebagai media penampil informasi dalam bentuk huruf/ angka dua baris, masing – masing baris bisa menampung 16 huruf/ angka.

Bagian kedua merupakan sebuah sistem yang dibentuk dengan mikrokontroler yang ditempel dibalik pada panel LCD, berfungsi mengatur tampilan LCD. Dengan demikian pemakaian LCD M1632 menjadi sederhana, sistem lainnya cukup mengirimkan kode – kode ASCII dari informasi yang ditampilkan .

Spesifikasi LCD M1632, yaitu ; a. Tampilan 16 karakter 2 baris.

b. RAM data tampilan dan RAM pembangkit karakter dapat dibaca dari unit mikroprosesor.

c. Beberapa fungsi perintah antara lain adalah penghapusan tampilan (display clear), posisi kursor awal (cursor home), tampilan karakter kedip (display character blink), pengeseran krusor (cursor shift) dan penggeseran tampilan (display shif).

d. Rangkaian otomatis reset saat daya dinyalakan. e. Catu daya tunggal +5 volt.

2.8 Relay

Relay adalah komponen elektronika berupa saklar elektronik yang digerakkan oleh arus listrik. Secara prinsip, relai merupakan tuas saklar dengan lilitan kawat pada batang besi (solenoid) di dekatnya. Ketika solenoid dialiri arus listrik, tuas akan tertarik karena adanya gaya magnet yang terjadi pada solenoid sehingga kontak saklar akan menutup. Pada saat arus dihentikan, gaya magnet akan hilang, tuas akan kembali ke posisi semula dan kontak saklar kembali terbuka. Relay biasanya digunakan untuk menggerakkan arus/tegangan yang besar (misalnya peralatan listrik 4 ampere AC 220 V) dengan memakai arus/tegangan yang kecil (misalnya 0.1 ampere 12 Volt DC). Dalam pemakaiannya biasanya relay yang digerakkan dengan arus DC dilengkapi dengan sebuah dioda yang di-paralel dengan lilitannya dan dipasang terbalik yaitu anoda pada tegangan (-) dan katoda pada tegangan (+). Ini bertujuan untuk

(24)

mengantisipasi sentakan listrik yang terjadi pada saat relay berganti posisi dari on ke off agar tidak merusak komponen di sekitarnya

Gambar 2.14 Relay

Penggunaan relay perlu memperhatikan tegangan pengontrolnya serta kekuatan relay men-switch arus/tegangan. Biasanya ukurannya tertera pada body relay. Misalnya relay 12VDC/4 A 220V, artinya tegangan yang diperlukan sebagai pengontrolnya adalah 12Volt DC dan mampu men-switch arus listrik (maksimal) sebesar 4 ampere pada tegangan 220 Volt. Sebaiknya relay difungsikan 80% saja dari kemampuan maksimalnya agar aman, lebih rendah lagi lebih aman. Relay merupakan komponen yang menggunakan prinsip kerja medan magnet untuk menggerakan saklar. Saklar ini digerakkan oleh magnet yang dihasilkan oleh kumparan didalam relay yang dialiri arus listrik. Susunan relay sederhana adalah sebagai berikut.

Gambar 2.15 Susunan Relay Sederhana

Relay adalah suatu komponen elektronika yang akan bekerja bila ada arus yang melalui kumparannya. Sebuah relay terdiri dari kumparan yang dililitkan pada inti besi dan kontak-kontak penghubung. Apabila kumparan yang melilit inti besi dilalui arus listrik maka akan menimbulkan induksi medan magnet, dan induksi ini akan menarik kontak-kontak penghubung relay.

(25)

1. Kontak NC (Normally Close),

Kontak penghubung dalam kondisi menutup atau terhubung bila relay tidak mendapat masukan tegangan pada kumparannya. Tetapi bila diberi tegangan yang mencukupi pada kumparannya maka kontak penghubung menjadi terbuka (kondisi awal sebelum diaktifkan close).

2. Kontak NO (Normally Open).

Kontak penghubung dalam kondisi terbuka bila relay tidak mendapat tegangan pada kumparannya. Tetapi bila diberi tegangan yang mencukupi pada kumparannya maka kontak penghubung menjadi tertutup atau terhubung.(kondisi awal sebelum diaktifkan open)