BAB II DASAR TEORI
Bab ini menjelaskan tentang dasar teori yang akan dicapai dalam melakukan perancangan syringe pump otomatis berbasis mikrokontroler Arduino Uno. Dasar teori
yang akan diterapkan dalam bab ini meliputi : syringe pump, mikrokontroler Arduino Uno, tombol input, keypad matrik, linear scale, LCD, motor stepper, IC L298 dan buzzer.
2.1. Syringe Pump
Syringe pump merupakan salah satu peralatan elektromedis yang berfungsi untuk memasukan cairan obat kedalam tubuh pasien dalam jangka waktu tertentu secara teratur
[5]. Prinsip kerja syringe pump adalah mengatur laju cairan yang dimasukan ke dalam tubuh dengan satuan mljam yang berarti menyatakan jumlah cairan dalam milliliter dalam
satuan jam. Bentuk fisik syringe pump dapat dilihar pada gambar 2.1.
Gambar 2.1 Bentuk Fisik Syringe Pump TE-331 Terumo [4 ]
Peralatan elektromedis fungsinya sama dengan syringe pump adalah infusion pump. Meskipun kedua peralatan ini mempunyai fungsi yang sama, kedua jenis pump ini ternyata
mempunyai jenis atau karakteristik yang berbeda. Pada infusion pump jenis larutan obat yang dimasukan ke dalam tubuh pasien maksimal sebesar 500 cc. Sedangkan untuk syringe
pump hanya sebesar 50 cc [6].
2.2. Modul Mikrokontroler Arduino Uno
Arduino Uno merupakan sebuah perangkat keras dari arduino berupa sistem minimum dengan mikrokontroler ATmega328 [7]. Hardware mikrokontroler Arduino Uno dapat
dilihat pada gambar 2.2.
4
Gambar 2.2. Modul Mikrokontroler Arduino Uno [7] Mikrokontroler Arduino Uno memiliki 14 pin digital 6 pin diantaranya dapat
digunakan sebagai output Pulse Width Modulation atau PWM , inputoutput dan 6 pin input analog, osilator 16 MHz, koneksi USB, konektor input tegangan, ICSP header dan
tombol reset. Modul mikrokontroler Arduino Uno ditunjukan pada gambar 2.1, sedangkan gambar 2.3 menunjukan konfigurasi pin ATmega 328 pada Arduino Uno.
Gambar 2.3. Konfigurasi pin ATmega328ATmega168 pada Arduino Uno [7] Pemprograman modul mikrokontroler Arduino Uno menggunakan perangkat lunak
arduino gambar 2.4. ATmega328 pada arduno uno sudah terpasang bootloader yang memungkinkan pengguna untuk mengunggah kode tanpa menggunakan perangkat keras
tambahan.
Gambar 2.4. Perangkat lunak Arduino
Fasilitas komunikasi yang dimiliki mikrokontroler Arduino Uno meliputi komunikasi antara Arduino Uno dengan komputer, Arduino Uno dengan arduino lain, dan Arduino
Uno dengan mikrokontroler yang lain. ATmega328 menyediakan fasilitas USART Universal Synchronus and Asynchronus Serial Receiverand Transmitter pada pin D0
Rx dan pin D1 Tx.
2.2.1. Mikrokontroler ATmega328
Dalam penelitian ini mikrokontroler yang digunakan adalah mikrokontroler ATmega328 karena kompatibilasnya dengan modul mikrokontroler Arduino Uno.
ATmega328 memiliki fitur 32 kByte downloadable flash memory, 1 kByte Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory EEPROM, 2 kByte internal Static Random-
AcessMemory SRAM, 2 TimerCounter 8 bit dan1 TimerCounter 16 bit, 6 kanal PWM, serial USART yang dapat diprogram dan frekuensi kerja dapat mencapai 20MHz [8].
ATmega328 memiliki fungsi masing-masing pin yang dapat dilihat pada gambar 2.3 sedangkan untuk penjelasan masing-masing pin dapat dilihat pada tabel 2.1 dan
konfigurasi alternatif port D dapat dilihat pada tabel 2.2. Tabel 2.1. Konfigurasi dan diskripsi pin ATmega328 [8]
No Pin Nama Pin
Keterangan
7 VCC
Sumer tegangan positif 8, 22
GND Ground
9,10, 14, 15,16,17,18,19
Port B PB7:0
Masing-masing pin pada port B memiliki resistor pull-up internal dan dapat digunakan sebagai 8 bit IO digital. Pin
PB6 dan PB7 terhubung dengan Kristal 16Mhz, tidak digunakan sebagai IO. Pin PB1- pin PB3 dapat digunakan
sebagai output PWM. 1, 23, 24,25,
26, 27, 28 Port C
PC6:0 Masing-masing pin pada port C memiliki resistor pull-up
internal dan dapat digunakan sebagai 7 bit IO analog. Pin PC6 digunakan sebagai input reset, tidak digunakan
sebagai IO 2, 3, 4, 5, 6,
11, 12, 13 Port D
PD7:0 Konfigurasi alternatif port D dapat dilhat pada tabel 2.2
20 AVcc
Sumber tegangan positif untuk konversi analog ke digital 21
Aref Tegangan referensi untuk konversi analog ke digital
Tabel 2.2. Konfigurasi Alternatif Port D [8]
No Pin Nama Pin
Keterangan
13 PD7
AIN1 Analog Comparator Negative Input PCINT23 Pin Charge Interrupt 2
12 PD6
AIN0 Analog Comparator Negative Input OC0A TimerCounter 0 Output Compare Match A
Output PCINT22 Pin Change Interupt 22
11 PD5
T1 TimerCounter 1 External Counter Input OC0B TimerCounter 0 Output Compare Match B Output
PCINT21 Pin Change Interupt 21 10
PD4 XCK USART External Clock InputOutput
T0 TimerCounter 0 External Counter Input PCINT20 Pin Change Interupt 20
9 PD3
INT1 Extenal Interupt 1 Input OC2B TimerCounter 2 Output Compare Match B Output
PCINT19 Pin Change Interupt 19 8
PD2 INT0 Extenal Interupt 0 Input
PCINT18 Pin Change Interupt 18 7
PD1 TXD USART Output Pin
PCINT17 Pin Change Interupt 17 6
PD0 RXD USART Input Pin
PCINT16 Pin Change Interupt 16
2.2.2. TimerCounter pada Mikrokontroler Arduino Uno
Ada tiga buah timer yang tersedia di mikrokontroler ATmega328 dan dapat dikonfigurasi untuk memenuhi kebutuhan penggunanya [9]. Fungsi dari ketiga timer
tersebut dapat dilihat pada tabel 2.3.
Tabel 2.3. Timer pada Mikrokontroler Arduino Uno
Timer Fungsi
Pin Output
Timer 0 Waktu delay dengan satuan millisecond
Pengendali output PWM Pin 5 dan 6
Timer 1 Pengendali output PWM
Pin 9 dan 10 Timer 2
Pengendali output PWM Pin 3 dan 11
Dari ketiga timer tersebut, hanya timer 0 yang dilengkapi dengan ISR Interrupt Service Routine sehingga untuk keperluan PWM Pulse Width Modulation menggunakan
timer 1 yang akan mengatur pin 9 dan 10 sedangkan untuk timer 2 akan mengatur pin 3 dan 11.
Hal yang perlu diperhatikan dalam penggunaan timer adalah sebagai berikut: 1. Inisialisasi
Inisialisasi dilakukan pertama kali untuk menentukan periode timer karena secara default bernilai satu detik.
2. Pengaturan periode Mikrokontroler Arduino memiliki periode minimal satu mikrodetik atau 1MHz dan
periode maksimal 8388480 mikrodetik atau 8,3 detik. Pengaturan periode ini akan merubah interrupt dan frekuensi kedua output PWM.
3. PWM Pin output untuk timer1 adalah pin 9 dan 10 sedangkan timer 2 memliki output pin 3
dan 11. Duty cycle yang dimiliki adalah 10 bit sehingga dapat diatur mulai dari nol sampai 1023.
4. Fungsi interrupt Pemanggilan fungsi interrupt dalam mikrodetik. Perlu diperhatikan dalam
penggunaan fungsi interrupt karena akan berjalan pada frekuensi tinggi, atau CPU tidak akan pernah masuk ke program utama dan program akan terkunci di fungsi
interrupt.
5. Mematikan pin PWM Dengan mematikan PWM maka pin tersebut dapat digunakan untuk fungsi yang lain
2.3. Tombol
Tombol adalah sebuah alat yang berfungsi sebagai penghubung dan pemutus arus listrik. Dalam rangkaian elektronika dan rangkaian listrik, tombol atau saklar berfungsi
untuk menghubungkan dan memutuskan arus listrik yang mengalir dari sumber tegangan
menuju beban output atau dari sebuah sistem ke sistem lainya [10]. Macam-macam tombol atau saklar berdasar konstruksinya dapat dilihat pada tabel 2.4.
Tabel 2.4. Macam-macam Saklar berdasar Konstruksinya [8]
Jenis Saklar Switch Simbol Saklar
Contoh fisik SPST Single Pole, Single Throw
Saklar On-Off sederhana
Saklar Push-Off
Kedua terminal akan terputus selama ditekan
SPDT Single Pole, Double Throw
Terminal sentral COM akan terhubung ke salah satu terminal dan
akan terputus ke terminal lainnnya dalam satu kondisi.
DPST Double Pole, Single Throw
Dalam kondisi On 1 dua terminal sentral akan terhubung ke terminal
pasangannya dan akan terputus ketika kondisi Off 0
DPDT Double Pole, Double Throw
Dua terminal sentral akan terhubung ke salah satu terminal pasangannya dan
teputus ke terminal pasangannya yang lain dalam satu kondisi.
Dalam perancangan alat elektronika yang menggunakan IC digital, perlu memperhatikan mengenai resistor pull-up dan resistor pull-down pada input. Tujuan dari
resistor ini adalah untuk menghindari kondisi mengambang pada masukan IC. Pada IC jenis TTL, jika kaki tidak terhubung maka akan dianggap selalu mendapat logic satu high
atau menggunakan pull-up resistor [11]. Pull-up resistor berarti menghubungkan masukan IC supaya secara default mendapat
logic satu, ketika mendapat trigger maka akan berubah menjadi logic nol atau sering disebut dengan aktif low. Gambar rangkaian tombol dengan pull-up resistor dapat dilihat
pada gambar 2.5.
Gambar 2.5. Rangkaian Tombol dengan Pull-up Resistor Besarnya resistansi resistor dalam rangkaian pull-up resistor harus diperhatikan
karena akan menentukan besarnya arus yang mengalir ke mikrokontroler. Sesuai dengan hukum Ohm, besarnya resistansi resistor dapat dihitung dengan persamaan:
R = V I ......................................................... 2.1 dengan :
R = resistansi resistor Ohm V = tegangan catu daya Volt
I = arus yang diijinkan masuk ke pin mikrokontroler Ampere
2.4. Keypad Matrik 4x3
Kategori