Tempat Lokasi Penelitian Perangkat Keras

mudah secara visual. 2. Dengan adanya prototip pengukur alkohol yang penulis rancang ini nantinya diharapakan dapat dikembangkan dengan memadukannya dengan kemampuan yang lainnya.

1.6 Tempat Lokasi Penelitian

Penelitian dilaksanakan di lingkungan Laboratorium Instrumentasi Digital Departemen Fisika Jl. Bioteknologi No. 1 kampus USU Medan.

1.7 Sistematika penulisan

Untuk penulisan Skripsi ini lebih sistematika, penulis menyusunnya menjadi beberapa Bab, yaitu :

BAB 1 PENDAHULUAN

Dalam bab ini berisi uraian tentang Latar Belakang Masalah, Tujuan Penelitian, Batasan Masalah, Lokasi Penelitian dan Sistematika Penulisan.

BAB 2 LANDASAN TEORI

Tinjaun Pustaka yang menguraikan teori-teori yang mendukung dalam penelitian ini.

BAB 3 RANCANGAN SISTEM

Menguraikan tentang perancangan alat dan rangkaian-rangkaian yang mendukung alat.

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN

Menguraikan hasil eksperimen dan pembahasan yang mencakup hasil kerja alat dan analisanya.

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini merupakan penutup yang meliputi tentang kesimpulan dari Universitas Sumatera Utara pembahasan yang dilakukan dari tugas akhir ini serta saran apakah rangkaian ini dapat dibuat lebih efisien dan dikembangkan perakitannya pada metode lain yang mempunyai sistem kerja yang sama. Universitas Sumatera Utara BAB 2 LANDASAN TEORI

2.1 Perangkat Keras

Perangkat keras merupakan bentuk fisik dari pengukur konsentrasi alkohol yang terdiri dari modul power supply, sistem minimum ATMega8535, pengkondisi sinyal, LCD interface, LCD display.

2.1.1 Pengolahan Data Mikrokontroler ATMega8535

Mikrokontroler dengan arsitektur RISC kini semakin berkembang pesat dan semakin banyak diminati dalam aplikasi sistem kendali. Salah satu jenis mikrokontroler RISC yang banyak beredar di pasaran adalah mikrokontroler jenis AVR dari Atmel. Mikrokontroler AVR memiliki konsep yang hampir sama dengan mikrokontroler PICmikro dari Microchip Inc.yang memiliki arsitektur RISC 8-bit. ATMega8535 adalah mikrokontroler AVR alf and Vegard’s Risc processor memiliki arsitektur RISC 8-bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit 16-bits words dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 satu siklus clock, berbeda dengan instruksi MCS-51 yang membutuhkan 12 siklus clock. Ini terjadi karena AVR berteknologi RISC Reduced Instruction Set Computing atau memiliki set instruksi yang lebih sederhana, sedangkan seri MCS-51 berteknologi CISC Complex Instruction Set Computing atau set instruksi yang kompleks. Mikrokontroler AVR Atmel memiliki 118 macam instruksi asembler utama, namun terdapat beberapa instruksi yang bila dieksekusi menghasilkan kode yang sama. Sehingga instruksi asembler yang sebenarnya hanya 79 macam instruksi. Beberapa tipe AVR memiliki beberapa tambahan instruksi yang tidak terdapat pada tipe AVR yang lain. Universitas Sumatera Utara AVR memiliki register keperluan umum General Purpose Register – GPR sebanyak 32 register. Semua operasi aritmatika dan logika dilakukan pada GPR. Memori data yang tersedia pada AVR ada yang mencapai 64 KB dan dapat dialamati baik secara langsung maupun tidak langsung menggunakan instruksi LoadStore. Pada pengalamatan tidak langsung, bagian lain GPR digunakan sebagai pointer petunjuk pengalamatan tidak langsung. GPR dan register IO juga dipetakan pada bagian bawah memori data dan dapat diakses menggunakan intruksi-instriksi LoadStore. Mikrokontroler AVR memiliki jenis memori program flash yang dapat diprogram ulang. Selain itu, hampir semua mikrokontroler AVR memiliki memori EEPROM yang terintegrasi dalam perangkat AVR tersebut. Pemograman AVR tergolong mudah karena pemograman AVR menggunakan teknik ISP In- System Programing, yaitu kode hasil kompilasi berupa file HEX dapat langsung didownload pada mikrokontroler di dalam rangkaian aplikasi. Pada pemrograman ISP, jalur yang dibutuhkan untuk pemrograman hanya tiga jalur untuk sinyal pemrograman.

2.1.1.1 Arsitektur ATMega8535

Kemampuan umum dari ATMega8535 adalah sebagai berikut : 1. Sistem mikroprosesor 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan maksimum 16 MHz. 2. Kapabilitas memori flash 8 KB, SPAM sebesar 512 byte, dan EEPROM Electrically Erasable Programmable Read Only Memory sebesar 512 byte. 3. ADC internal dengan ketelitian 10 bit sebanyak 8 channel 4. Port Komunikasi serial USART dengan kecepatan maksimum 2,5 Mbps. 5. Enam pilihan mode sleep menghemat penggunaan daya listrik. Universitas Sumatera Utara Gambar 2.1 Diagram Blok Fungsional ATMega8535 Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa ATMega8535 memiliki bagian sebagai berikut : 1. Saluran IO sebanyak 32 saluran, yaitu Port A, Port B, Port C, dan Port D. 2. ADC 10 bit sebanyak 8 saluran. 3. tiga buah TimerCounter dengan kemampuan pembandingan. 4. CPU yang terdiri atas 32 buah register. 5. Watchdog Timer dengan osilator internal. 6. SRAM sebesar 512 byte. 7. Memori Flash sebesar 8 kb dengan kemampuan Read While Write. 8. Unit interupsi internal dan eksternal. Universitas Sumatera Utara 9. Port antarmuka SPI. 10. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi. 11. Antarmuka komparator analog. 12. Port USART untuk komunikasi serial. Gambar 2.2 Pin ATMega8535 Mikrokontroler ATMega8535 merupakan mikrokontroler CMOS dengan daya rendah yang memiliki arsitektur AVR 8-bit. Arsitektur ini mendukung kemampuan untuk melaksanakan eksekusi instruksi hanya dalam satu siklus clock osilator. Mikrokontroler AVR ATMega 8535 memiliki model arsitektur Harvard, dimana memori dan bus untuk program dan data dipisahkan. Dalam arsitektur ke ALU prosesor. Hal inilah yang membuat AVR begitu cepat dalam mengeksekusi instruksi. Dalam satu siklus clock, terdapat dua register independen yang dapat diakses oleh satu instruksi. Teknik yang digunakan adalah flect during execution atau memegang sambil mengerjakan. Hal ini berarti, dua operan dibaca dari dua register, dilakukan eksekusi operasi dan hasilnya disimpan kembali dalam salah satu register, semuanya dilakukan hanya dalam satu siklus clock. Universitas Sumatera Utara

2.1.1.2 Status Register SREG ATMega8535

Status register adalah register berisi status yang dihasilkan pada setiap operasi yang dilakukan ketika suatu instruksi dieksekusi. SREG merupakan bagian dari inti CPU mikrokontroler. Gambar 2.3 Status Register ATMega8535 1. Bit 7-I : Global Interrupt Enable Bit harus diset untuk meng-enable interupsi. Setelah itu anda dapat mengaktifkan interupsi mana yang akan digunakan dengan cara meng-enable bit kontrol register yang bersangkutan secara individu. Bit akan di-clear apabila terjadi suatu interupsi yang dipicu oleh hardware, dan bit tidak akan mengizinkan terjadinya interupsi, serta akan diset kembali oleh instruksi RETI. 2. Bit 6-T : Bit Copy Storage Instruksi BLD dan BST menggunakan bit-T sebagai sumber atau tujuan dalam operasi bit. Suatu bit dalam sebuah register GPR dapat disalin ke bit T menggunakan instruksi BTS, dan sebaliknya bit-T dapat disalin kembali ke suatu bit dalam register GPR menggunakan instruksi BDL. 3. Bit 5-H : half Carry Flag 4. Bit 4-S : Sigh Bit Bit-S merupakan hasil operasi EOR antara Flag-N negatif dan flag V komplemen dua overflow. 5. Bit 3-V : Two’s Complement Overflow Flag Bit berguna untuk mendukung operasi aritmatika. 6. Bit 2-N : Negative Flag Apabila suatu operasi menghasilkan bilangan negatif, maka flag-N akan di-set. 7. Bit 1-Z : Zero Flag Bit akan di-set bila hasil operasi yang diperoleh adalah nol. Universitas Sumatera Utara 8. Bit 0-C : Carry Flag Apabila suatu operasi menghasilkan carry, maka bit akan di-set.

2.1.1.3 Peta Memori ATMega8535

AVR ATMega 8535 memiliki ruang pengalamatan memori data dan memori program yang terpisah. Memori data terbagi menjadi 3 bagian, yaitu 32 buah register umum, 64 buah register IO, dan 512 byte SRAM internal. Dalam organisasi memori AVR, 32 register keperluan umum GPR menempati space data pada alamat terbawah, yaitu 00 sampai 1F. Sedangkan register-register khusus, untuk penanganan IO dan kontrol terhadap mokrokontroler, menempati 64 alamat berikutnya, yaitu mulai dari 20 hingga 5F. Register-register ini merupakan register yang khusus digunakan untuk melakukan pengaturan fungsi terhadap berbagai periperal mikrokontroler seperti kontrol register, timercounter, fungsi-fungsi IO, dan sebagainya. Register khusus alamat memori dapat dilihat pada datasheet ATMega8535 yang terdapat pada lampiran dua. Alamat memori berikutnya digunakan untuk SRAM 512 byte, yaitu pada lokasi 60 sampai dengan 25F. AVR ATMega8535 memiliki 4Kbyte x 16 bit Flash Perom dengan alamat mulai dari 000 sampai FFF. AVR tersebut memiliki 12-bit Program Counter PC sehingga mampu mengalamati ini Flash. Selain itu AVR ATMega8535 juga memiliki memori data berupa EEPROM 8-bit sebanyak 512 byte. Alamat EEPROM dimulai dari 000 sampai 1FF.

2.1.1.4 Port IO ATMega8535

Port IO pada mikrokontroler ATMega8535 dapat difungsikan sebagai input ataupun dengan keluaran high atau low. Untuk mengatur fungsi port IO sebagai input ataupun output perlu dilakukan setting pada DDR dan Port. Berikut tabel pengaturan port IO. : Universitas Sumatera Utara Tabel 2.1 Konfigurasi Setting untuk Port IO DDR bit = 1 DDR bit = 0 Port bit = 1 Output High Input pull-up Port bit = 0 Output Low Input Floating Dari tabel di atas, menyeting inputoutput adalah : 1. Input ; DDr bit 0 dan Port bit 1 2. Output High ; DDR bit 1 dan Port bit 1 3. Output Low ; DDR bit 1 dan Port bit 0 Logika port IO dapat berubah-ubah dalam program secara byte atau hanya bit tertentu. Mengubah sebuah keluaran bit IO dapat dilakukan menggunakan perintah cbi clear bit IO untuk menghasilkan output low atau perintah sbi set bit IO untuk menghasilkan output high. Perubahan secara byte dilakukan dengan perintah in atau out yang menggunakan register bantu. Port IO sebagai output hanya memberikan arus sourcing sebesar 20mA sehingga untuk menggerakkan motor atau kendali alat elektronis yang lain, perlu diberikan penguat tambahan atau dapat juga dengan konfigurasi port sebagai sinking current, seperti pada port yang digunakan untuk menyalakan LED, yang akan menyala saat port diberikan logika low dan mati saat port logika high.

2.1.2 Sensor TGS 822

Elemen penginderaan pada sensor gas Figaro terbuat dari sebuah dioksida timah SnO 2 semikonduktor yang memiliki konduktivitas rendah di udara bersih. Dengan adanya gas yang terdeteksi, maka konduktivitas sensor meningkat tergantung pada konsentrasi gas di udara. Sebuah rangkaian listrik sederhana dapat mengkonversi perubahan konduktivitas tersebut untuk menghasilkan sinyal output yang sesuai dengan konsentrasi gas. TGS 822 memiliki sensitivitas yang tinggi terhadap uap pelarut organik serta bahan lainnya yang mudah menguap. Ia juga memiliki kepekaan terhadap berbagai gas yang mudah terbakar seperti karbon monoksida, sehingga membuatnya sebagai sensor serbaguna yang baik. Juga tersedia dengan bahan dasar Universitas Sumatera Utara keramik yang sangat tahan terhadap lingkungan yang ekstrim setinggi 200 ° C untuk model TGS 823. Gambar di bawah ini merepresentasikan karakteristik dari sensitifitasnya, semua data yang telah dikumpulkan sesuai dengan kondisi tes standar lihat sisi balik lembar ini. Sumbu-Y menunjukkan perbandingan resistansi dari sensor Rs Ro yang didefinisikan sebagai berikut: Rs = resistansi sensor yang ditampilkan di berbagai konsentrasi Ro = hambatan sensor pada 300 ppm etanol Sensitivitas Karakteristik Gambar 2.4 Sensitivitas karakteristik Gambar di bawah ini merepresentasikan karakteristik ketergantungan berdasarkan suhu dan kelembaban. Sekali lagi, sumbu-Y menunjukkan perbandingan resistensi dari sensor Rs Ro, yang didefinisikan sebagai berikut: Rs = hambatan sensor pada 300ppm etanol pada berbagai suhu kelembaban. Ro = hambatan sensor pada 300ppm etanol pada 20 ° C dan 65 R.H. Universitas Sumatera Utara Suhu Kelembaban Dependensi: Gambar 2.5 Suhukelembaban depedensi Struktur dan Dimensi: Gambar 2.6 Struktur dan dimensi Elemen Sensor: 1. SnO 2 disedimentasi untuk membentuk sebuah film tebal di atas permukaan tabung keramik alumina berisi pemanas internal. 2. Cap : Nylon 66. 3. Sensor Base: Nylon 66. Universitas Sumatera Utara 4. Flame Arrestor: 316 SUS mesh kasa ganda. Koneksi Pin dan Cara Pengukuran Rangkaian Dasar: Angka-angka yang ditampilkan di sekitar simbol sensor di diagram sirkuit di sebelah bawah sesuai dengan nomor pin ditunjukkan pada gambar struktur sensor di atas. Ketika sensor terhubung seperti yang ditunjukkan pada rangkaian dasar, output di Resistor Beban V RL meningkat sesuai dengan resistansi sensor Rs yang menurun, tergantung pada konsentrasi gas. Pengukuran Rangkaian Dasar: Gambar 2.7 Pengukuran rangkaian dasar Prinsip kerja rangkaian sensor di atas akan dijelaskan sebagai berikut. Pada saat sensor diberi tegangan input V C dan tegangan heater V H dan diletakkan pada udara bersih, maka resistansi sensor R S akan turun secara cepat sehingga tegangan yang melintasi tahanan beban R L akan naik secara cepat pula kemudian turun sesuai dengan naiknya nilai R S kembali sampai mencapai nilai yang stabil, kondisi ini disebut Initial Action. Pada saat ada uap alkohol yang masuk ke dalam sensor, nilai resistansi sensor R S akan turun sesuai dengan besarnya konsentrasi uap alkohol di udara pada saat itu. Kenaikan R, ini akan menyebabkan tegangan pada R L , atau V RL naik. Hal ini dapat dilihat pada persamaan di bawah ini : Universitas Sumatera Utara Dengan: V C = Tegangan input sensor, Volt V RL = Tegangan output sensor, Volt R S = Tahanan sensor, Ohm R L = Tahanan beban, Ohm Sedangkan disipasi daya pada elektroda sensor PS dirumuskan sebagai berikut : Tabel 2.2 Standar Circuit Kondisi Tabel 2.3 Karakteristik Listrik Universitas Sumatera Utara

2.1.3 Modul LCD Liquid Crystal Display M1632

M1632 merupakan modul LCD matrix dengan konfigurasi 16 karakter dan 2 baris dengan setiap karakternya dibentuk oleh 8 baris pixel dan 5 kolom pixel 1 baris pixel terakhir adalah kursor. HD44780 ini sudah tersedia dalam Modul M1632 yang dikeluarkan oleh Hitachi, Hyundai dan modul-modul M1632 lainnya. HD44780 sebetulnya merupakan mikrokontroler yang dirancang khusus untuk mengendalikan LCD dan mempunyai kemampuan untuk mengatur proses scanning pada layar LCD yang terbentuk oleh 16 COM dan 40 SEG sehingga mikrokontroler perangkat yang mengakses modul LCD ini tidak perlu lagi mengatur proses scanning pada layar LCD. Mikrokontroler atau perangkat tersebut hanya mengirimkan data-data yang merupakan karakter yang akan ditampilkan pada LCD atau perintah yang mengatur proses tampilan pada LCD saja.

2.1.3.1 Kaki-kaki Modul M1632

Untuk keperluan antarmuka suatu komponen elektronik dengan mikrokontroler, perlu diketahui fungsi dari setiap kaki yang ada pada komponen tersebut. 1. Kaki 1 GND Kaki ini berhubungan dengan tegangan +5 Volt yang merupakan tegangan untuk sumber daya dari HD44780 khusus untuk modul M1632 keluaran hitachi, kaki ini adalah VCC. 2. Kaki 2 VCC Kaki ini berhubungan dengan tegangan 0 volt ground dan modul LCD khusus untuk modul M1632 keluaran hitachi, kaki ini adalah GND. 3. Kaki 3 VEEVLCD Tegangan pengatur kontras LCD, kaki ini terhubung pada V5. Kontras mencapai nilai maksimum pada saat kondisi kaki ini pada tegangan 0 volt. Universitas Sumatera Utara 4. Kaki 4 RS Register Select, kaki pemilih register yang akan diakses. Untuk akses ke register data, logika dari kaki ini adalah 1 dan untuk akses ke register perintah, logika dari kaki ini adalah 0. 5. Kaki 5 RW Logika 1 pada kaki ini menunjukkan bahwa modul LCD sedang pada mode pembacaan dan logika 0 menunjukkan bahwa modul LCD sedang pada mode penulisan. Untuk aplikasi yang tidak memerlukan pembacaan data pada modul LCD, kaki ini dapat dihubungkan langsung ke ground. 6. Kaki 6 E Enable Clock LCD, kaki ini mengaktifkan clock LCD. Logika 1 pada kaki ini diberikan pada saat penulisan atau pembacaan data. 7. Kaki 7-14 D0-D7 Data bus, kedelapan kaki modul LCD ini adalah bagian dimana aliran data sebanyak 4 bit atau 8 bit mengalir saat proses penulisan maupun pembacaan data. 8. Kaki 15 Anoda Berfungsi untuk tegangan positif dari backlight modul LCD sekitar 4,5 volt hanya terdapat untuk M1632 yang memiliki backlight. 9. Kaki 16 Katoda Tegangna negatif backlight modul LCD sebesar 0 volt hanya untuk M1632 yang memiliki backlight.

2.1.3.2 Struktur Memori LCD

Modul LCD M1632 memiliki beberapa jenis memori yang digunakan untuk menyimpan atau memproses data-data yang akan ditampilkan pada layar LCD. Setiap jenis memori mempunyai fungsi-fungsi tersendiri. 1. DDRAM DDRAM merupakan memori tempat karakter yang ditampilkan berada. Contohnya, karakter “A” atau 41h yang ditulis pada alamat 00 akan tampil pada baris pertama dan kolom pertama dari LCD. Apabila karakter tersebut Universitas Sumatera Utara ditulis di alamat 40h, karakter tersebut akan tampil pada baris kedua kolom pertama dari LCD. 2. CGRAM CGRAM adalah memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter dan bentuk karakter dapat diubah-ubah sesuai keinginan. Akan tetapi isi memori akan hilang saat power supply tidak aktif sehingga pola karakter akan hilang. 3. CGROM CGROM adalah memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter dan pola tersebut sudah ditentukan secara permanen dari HD44780 sehingga pengguna tidak dapat mengubah lagi. Oleh karena ROM bersifat permanen, pola karakter tersebut tidak akan hilang walaupun power supply tidak aktif.

2.2 Perangkat Lunak