Pengendalian Lampu Pada Ruangan Berbasis Mikrokontroler AT89551
PENGENDALIAN LAMPU PADA RUANGAN BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51
SKRIPSI FRANSDEHOT SITUNGKIR
NIM. 020801042
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008
Universitas Sumatera Utara
PENGENDALIAN LAMPU PADA RUANGAN BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51
SKRIPSI Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar sarjana sains
FRANSDEHOT SITUNGKIR NIM. 020801042
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, dengan limpahan karuniaNya penyelesaian tugas akhir ini dapat diselesaikan dalam waktu yang ditetapkan.
Tugas Akhir ini disusun berdasarkan perancangan alat yang penulis lakukan di Laboratorium Elektronika Dasar FMIPA USU Medan, sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan studi Program Strata Satu (S1) pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Departemen Fisika bidang Instrumentasi, Universitas Sumatera Utara.
Dalam penyelesaian tugas akhir serta penulisan laporannya penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada Bapak Drs.Luhut Sihombing, MS, selaku dosen pembimbing pada penyelesaian tugas akhir ini yang telah memberikan panduan dan kepercayaan penuh pada saya untuk menyempurnakan tugas akhir ini. Ucapan terima kasih juga diajukan kepada Bapak Dr. Eddy Marlianto, M.Sc, selaku dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA), Universitas Sumatera Utara. Ketua dan sekretaris Departemen Fisika FMIPA USU Bapak DR.Marhaposan Situmorang dan Ibu Dra. Yustinon, MS dan seluruh pegawai di FMIPA USU serta rekan-rekan kuliah khususnya stambuk 2002 yang banyak membantu menyelesaikan skripsi ini.
Ucapan terimakasih saya yang spesial buat Ayahanda tercinta dan Ibunda tersayang beserta seluruh keluarga yang selalu setia memberikan bantuan dan dukungan materi, dorongan serta doa.
Penulis menyadari banyak terdapat kekurangan dalam penulisan dan penyusunan tugas akhir ini, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun untuk kesempurnaan tugas akhir ini.
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Untuk mengendalikan intensitas lampu pijar dapat diimplementasikan dengan banyak metode. Pengendalian ini pada prinsipnya dengan mengendalikan daya yang masuk ke lampu pijar. Lampu pijar yang bekerja pada tegangan AC, pengendalian dayanya dapat dilakukan dengan triac. Daya yang melewati lampu diatur dengan sudut picu pada triac-nya. Proses pengaturan sudut picu triac ini dikendalikan dengan mikrokontroler.
Sistem ini terdiri atas beberapa bagian, yaitu zero detector, sensor inframerah, sensor cahaya, seven segmen, mikrokontroler dan driver triac. Zero detector digunakan untuk mendeteksi tegangan nol volt sinyal AC, sensor inframerah digunakan untuk mengetahui pergerakan memasuki ruangan, sensor cahaya digunakan untuk mendeteksi kondisi intensitas cahaya di dalam ruangan, mikrokontroler digunakan untuk mengolah masukan dari sensor inframerah, sensor cahaya dan komparator menjadi data digital yang digunakan untuk mengatur sudut picu triac serta driver triac digunakan untuk antarmuka mikrokontroler dengan triac yang terhubung dengan tegangan AC 220 volt
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT In order to control an intensity lamp, a lot of method can be implemented. This control process is controlling the power through the lamp. Lamp which works on AC voltage, controlling the power can use triac. Power through lamp is controlled by firing process in the triac. Firing process in the triac is controlled by microcontroller. This system consists of some block, they are zero detector, infrared sensor, light sensor, seven segment, microcontroller and triac driver. zero detector is used to detect zero voltage at AC signal, infrared sensor is used to detect any move to inside the room, light sensor is used to detect intensity in the room, seven segment is used to display intensity in room, microcontroller is used to process input from light sensor, infrared sensor and comparator become digital data controlling firing triac, also triac driver is used as interface microcontroller and triac connected to 220 volt AC voltage.
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Penghargaan Abstrak Abstract Daftar Isi Daftar Tabel Dartar Gambar
Bab I Pendahuluan 1.1 Latar belakang Masalah 1.2 Batasan Masalah 1.3 Tujuan Penelitian 1.4 Manfaat Penelitian 1.5 Sistematika Penulisan
Bab II Tinjauan Pustaka 2.1 Konsep Dasar 2.2 Perangkat Keras 2.2.1 Mikrokontroler AT89S51 2.2.2 Konstruksi AT89S51 2.2.3 Photodioda 2.2.4 Sensor cahaya 2.2.5 Triac 2.2.6 Driver triac 2.2.7 Op-Amp 2.3 Perangkat Lunak 2.3.1 Bahasa Assembly MCS-51 2.3.2 Software 8051 Editor, Assembler, Simulator (IDE)
Halaman i ii iii iv vi vii
1 2 3 3 3
5 6 6 7 13 14 15 16 17 19 19 22
Universitas Sumatera Utara
Bab III Perancangan 3.1 Diagram Blok Sistem 3.2 Rangkaian Power Supply (PSA) 3.3 Rangkaian Mikrokontroler AT89S51 3.4 Rangkaian Sensor Intensitas TSL230 3.5 Rangkaian Zero Detektor 3.6 Rangkaian Sensor Gerak 3.7 Rangkaian Driver Triac 3.8 Rangkaian Display Seven Segmen 3.9 Skema Rangkaian Keseluruhan 3.10 Diagram Alir Pemrograman
Bab IV Pengujian dan Analisa Sistem 4.1 Rangkaian Mikrokontroler AT89S51 4.2 Rangkaian Sensor Gerak 4.3 Rangkaian Display Seven Segmen 4.4 Rangkaian Zero Detektor 4.5 Rangkaian Sensor Cahaya 4.6 Rangkaian Driver Triac
Bab V Kesimpulan dan Saran 5.1 Kesimpulan 5.2 Saran
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
23 24 25 27 28 29 31 32 33 34
47 48 48 50 51 54
57 58
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Fungsi masing-masing pin pada Port 3 Tabel 3.1 Input pin sensitifitas TSL230 Tabel 3.2 Input pin scaling TSL230 Tabel 4.1 Pengukuran tegangan output pada Sensor Infra merah Tabel 4.2 pengujian pada seven segmen
Halaman
12 28 28 48 49
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. IC Mikrokontroler AT89S51 Gambar 2.2. Diagram Blok AT89S51 Gambar 2.3. Diagram Blok TSL230 Gambar 2.4. Triac Gambar 2.5. Gambar Daerah Kerja Triac Gambar 2.6. IC MOC3020 Gambar 2.7. Diagram Rangkaian Op-Amp Gambar 2.8. Atmel Mikrokontroler ISP Software Gambar 3.1. Diagram Blok Rangkaian Gambar 3.2. Rangkaian Power Supplay (PSA) Gambar 3.3. Rangkaian Mikrokontroler AT89S51 Gambar 3.4. Rangkaian Sensor Cahaya TSL230 Gambar 3.5. Rangkaian Zero Detektor Gambar 3.6. Rangkaian Pemancar Infra Merah Gambar 3.7. Rangkaian Penerima Sinar Inframerah Gambar 3.8. Rangkaian Driver Triac Gambar 3.9. Rangkaian Display Seven Segmen Gambar 3.10. Skema Rangkaian Keseluruhan Gambar 3.11. Diagram Alir Pemrograman Gambar 4.1. Output Zero Detektor Gambar 4.2. Output TSL230 lebar pulsa ≤ 5 Gambar 4.3. Output TSL230 lebar pulsa ≤ 70 Gambar 4.4. Output TSL230 lebar pulsa ≤ 150 Gambar 4.5. Output TSL230 lebar pulsa ≤ 230 Gambar 4.6. Output TSL230 lebar pulsa > 230 Gambar 4.7. Gelombang output triac tidak terpotong Gambar 4.8. Output triac terpotong 1/3 gelombang Gambar 4.9. Output triac terpotong 1/2 gelombang Gambar 4.10. Output triac terpotong 2/3 gelombang Gambar 4.11. Output triac terpotong 1 gelombang Penuh
Halaman 9 10 14 15 16 16 18 22 23 25 26 27 29 30 31 32 33 34 34 51 52 52 53 53 54 54 55 55 56 56
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Untuk mengendalikan intensitas lampu pijar dapat diimplementasikan dengan banyak metode. Pengendalian ini pada prinsipnya dengan mengendalikan daya yang masuk ke lampu pijar. Lampu pijar yang bekerja pada tegangan AC, pengendalian dayanya dapat dilakukan dengan triac. Daya yang melewati lampu diatur dengan sudut picu pada triac-nya. Proses pengaturan sudut picu triac ini dikendalikan dengan mikrokontroler.
Sistem ini terdiri atas beberapa bagian, yaitu zero detector, sensor inframerah, sensor cahaya, seven segmen, mikrokontroler dan driver triac. Zero detector digunakan untuk mendeteksi tegangan nol volt sinyal AC, sensor inframerah digunakan untuk mengetahui pergerakan memasuki ruangan, sensor cahaya digunakan untuk mendeteksi kondisi intensitas cahaya di dalam ruangan, mikrokontroler digunakan untuk mengolah masukan dari sensor inframerah, sensor cahaya dan komparator menjadi data digital yang digunakan untuk mengatur sudut picu triac serta driver triac digunakan untuk antarmuka mikrokontroler dengan triac yang terhubung dengan tegangan AC 220 volt
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT In order to control an intensity lamp, a lot of method can be implemented. This control process is controlling the power through the lamp. Lamp which works on AC voltage, controlling the power can use triac. Power through lamp is controlled by firing process in the triac. Firing process in the triac is controlled by microcontroller. This system consists of some block, they are zero detector, infrared sensor, light sensor, seven segment, microcontroller and triac driver. zero detector is used to detect zero voltage at AC signal, infrared sensor is used to detect any move to inside the room, light sensor is used to detect intensity in the room, seven segment is used to display intensity in room, microcontroller is used to process input from light sensor, infrared sensor and comparator become digital data controlling firing triac, also triac driver is used as interface microcontroller and triac connected to 220 volt AC voltage.
Universitas Sumatera Utara
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Kebutuhan listrik dan kenaikan tarif listrik yang semakin meningkat menimbulkan masalah baru di masyarakat. Jika setiap konsumen bisa menghemat penggunaan listrik maka kenaikan tarif listrik yang semakin tinggi dapat mengurangi jumlah biaya yang harus di keluarkan setiap bulannya. Salah satu prosedur penghematan listrik yang dengan mudah dilaksanakan antara lain: mewajibkan kepada para pemakai gedung untuk selalu mematikan lampu pada siang hari atau mematikan lampu pada ruangan yang tidak di tempati orang. Usaha ini dilakukan untuk mengatur daya yang masuk lampu ini salah satunya adalah dengan mengatur intensitasnya. Perubahan intensitas lampu ini dikendalikan dengan banyak cara. Salah satu cara untuk mengatur intensitas lampu adalah dengan menggunakan triac yang dikendalikan oleh mikrokontroler yang banyak dijumpai di pasaran.
Prosedur operasional yang tampaknya sederhana ini ternyata dalam pelaksanaannya tidaklah semudah seperti yang dikatakan. Diperlukan pengawasan yang terus menerus hingga menjadi suatu kebiasaan atau budaya hemat listrik. Untuk mengatasi permasalahan tersebut, dibuatlah suatu alat yang dapat mengendalikan lampu pada ruangan secara otomatis. Sensor adalah bagian terpenting yang dibutuhkan alat ini. Sensor cahaya yang digunakan pada ruangan mampu mendeteksi kondisi ruangan apakah gelap atau terang, selain itu sensor gerak akan mendeteksi apakah ruangan sedang digunakan atau tidak. Dengan penggunaan beberapa sensor, maka pengawasan di dalam ruangan akan lebih efisien.
Universitas Sumatera Utara
Mikrokontroler sebagai piranti yang semakin berkembang memiliki banyak manfaat, dapat diprogram sesuai dengan kebutuhan. Mikrokontroler merupakan mikroprosesor kecil yang di dalamnya memiliki fungsi khusus. Mikrokontroler sebagai piranti yang semakin berkembang memiliki banyak manfaat, dapat diprogram sesuai dengan kebutuhan. Dalam hal ini, mikrokontroler berperan penting dalam pengambilan keputusan yang akan mengatur besar daya yang akan masuk dari arus PLN.
AT89S51 adalah chip mikrokontroler produksi Atmel Inc.AT89S51 dapat dibaca atau ditulis berkali-kali dan biaya pengembangan menjadi lebih murah karena dapat diisi kembali dengan program yang lain sesuai dengan kebutuhan. AT89S51 mempunyai fitur dasar yang cukup lengkap untuk pemrosesan input-output. Bahasa pemograman yang digunakan mikrokontroler AT89S51 hampir tidak berbeda jauh dengan intruksi pada mikroprosesor Intel yang dipelajari pada perkuliahan. Sehingga dengan adanya alat ini pengawasan ruangan akan lebih mudah karena secara otomatis lampu akan hidup atau mati tergantung pada kondisi yang diterima oleh sensor-sensor yang terpasang pada ruangan.
Sehingga dari latar belakang tersebut, tugas akhir ini penulis memberi judul : “PENGENDALIAN LAMPU PADA RUANGAN BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51”
I.2 Batasan Masalah
Penulis menyadari ilmu pengetahuan yang dimiliki terbatas. Sehingga dalam pembuatan proyek tugas akhir dibuat suatu pembahasan masalah. Adapun batasan masalah yang akan dibuat adalah sebagai berikut:
1. Alat ini hanya mampu mendeteksi tingkat intensitas cahaya di dalam ruangan dan menampilkannya pada seven segmen.
Universitas Sumatera Utara
2. Untuk mendeteksi masuknya atau keluarnya seseorang dari dalam ruangan digunakan 2 buah sensor infra merah.
3. Orang yang melewati sensor gerak tidak tertahan pada daerah sensor gerak di sekitar pintu, hal ini berlaku untuk orang yang masuk maupun keluar
I.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dilakukan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Memanfaatkan mikrokontroller sebagai alat pengontrol lampu. 2. Memanfaatkan sensor infra merah sebagai pendeteksi gerak seseorang yang akan memasuki ruangan ataupun sebaliknya.
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat dilakukan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Kita dapat menghemat penggunaan listrik dengan mengurangi daya yang dibutuhkan lampu. 2. Kita dapat mengetahui keadaan intensitas cahaya di dalam ruangan yang ditampilkan pada seven segmen.
I.5 Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah pembahasan dan pemahaman maka penulis membuat sistematika pembahasan bagaimana sebenarnya prinsip kerja dari alat ini sebagai berikut:
BAB I.
PENDAHULUAN Dalam bab ini berisikan mengenai latar belakang, tujuan penelitian, batasan masalah, manfaat penelitian serta sistematika penulisan.
Universitas Sumatera Utara
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 cara kerja dari sensor cahaya, sensor infamerah, seven segmen, komparator, triac dan driver triac.
BAB III.
PERANCANGAN SISTEM Berisi tentang tahapan-tahapan perancangan sistem, sampai diperoleh suatu diagram blok yang merupakan gambaran dari keseluruhan sistem sehingga dapat menjalankan fungsi yang kita inginkan.
BAB IV.
PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM Berisi tentang pengujian dan analisis sistem/rangkaian pada penelitian ini.
BAB V.
KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini merupakan penutup yang meliputi tentang kesimpulan dari pembahasan yang dilakukan dari tugas akhir ini serta saran apakah rangkaian ini dapat dibuat lebih efisien dan dikembangkan perakitannya pada suatu metode lain yang mempunyai sistem kerja yang sama.
Universitas Sumatera Utara
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Konsep Dasar
Sistem pendeteksi intensitas cahaya yang akan dirancang pada tugas akhir ini adalah sebuah sistem yang menggunakan sebuah mikrokontroler, dimana sistem ini berfungsi untuk mendeteksi tingkat intensitas cahaya di suatu ruangan. Intensitas cahaya yang akan di deteksi oleh TSL230 akan di kirimkan ke mikrokontroler untuk di proses dan kemudian hasilnya akan ditampilkan pada seven segmen. Sensor gerak yang dirancang akan mendeteksi adanya pergerakan memasuki dan meninggalkan ruangan.
Bila sensor gerak yang terhalangi adalah sensor infra merah yang pertama maka mikrokontroler akan mengenalinya sebagai pergerakan memasuki ruangan dan bila sensor yang terhalangi adalah sensor infra merah yang kedua maka mikrokontroler akan mengenalinya sebagai pergerakan meninggalkan ruangan. Selain itu juga digunakan LM393 sebagai zero detector, dimana komponen ini akan membandingkan tegangan AC dengan tegangan referensi nol volt.
Dalam sistem ini pengendali utama yang digunakan adalah mikrokontroler AT89S51. AT89S51 mempunyai konsumsi daya rendah, mikrokontroler 8-bit CMOS dengan 4K byte momori Flash ISP (in system programmable dapat diprogram didalam sistem). Mikrokontroler ini dibuat dengan teknologi memori nonvolatile kerapatan tinggi dan kompatibel dengan standart industri 8051, set instruksi dan pin keluaran. Flash yang berada didalam chip memungkinkan memori program untuk diprogram ulang pada saat chip didalam sistem atau dengan menggunakan. Programmer memori nonvolatile konvensional, dengan mengkombinasikan CPU 8 bit yang serbaguna
Universitas Sumatera Utara
dengan flash ISP pada chip, ATMEL 89S51 merupakan mikrokontroller yang luar biasa yang memberikan fleksibelitas yang tinggi.
2.2. Perangkat Keras
2.2.1. 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 massal (dalam jumlah banyak) sehingga harga menjadi lebih murah (dibandingkan mikroprosesor). Sebagai kebetuhan pasar, mikrokontroler 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 yang 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
Universitas Sumatera Utara
sekaligus system pengiriman data secara serial (melalui pemancar), yang semuanya itu bisa diperoleh dari mikrokontroler yang digunakan.
Tidak seperti sistem 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 PEROM) yang ukurannya relatif lebih besar, sedangkan RAM digunakan sebagai tempat penyimpanan sementara, termasuk register-register yang digunakan pada mikrokontroler yang bersangkutan.
2.2.2. Konstruksi AT89S51
Mikrokontrol AT89S51 hanya memerlukan tambahan 3 kapasitor, 1 resistor dan 1 kristal serta catu daya 5 Volt. Kapasitor 10 mikro-Farad dan resistor 10 Kilo Ohm dipakai untuk membentuk rangkaian reset. Dengan adanya rangkaian reset ini AT89S51 otomatis direset begitu rangkaian menerima catu daya. Kristal dengan frekuensi maksimum 24 MHz dan kapasitor 30 piko-Farad dipakai untuk melengkapi rangkaian oscilator pembentuk clock yang menentukan kecepatan kerja mikrokontroler.
Ada berbagai jenis ROM. Untuk mikrokontroler dengan progam yang sudah baku dan diproduksi secara masal, progam diisikan ke dalam ROM pada saat IC mikrokontroler dicetak di pabrik IC. Untuk keperluan tertentu mikrokontroler mengunakan ROM yang dapat diisi ulang atau Programble-Eraseable ROM yang disingkat menjadi PEROM atau PROM. Dulu banyak dipakai UV-EPROM (Ultra
Universitas Sumatera Utara
Violet Eraseable Progamble 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 mikrokontroler diisikan ke memori itu lewat bantuan alat yang dinamakan sebagai AT89S51 Flash PEROM Programmer. Memori Data yang disediakan dalam chip AT89S51 sebesar 128 byte, meskipun hanya kecil saja tapi untuk banyak keperluan memori kapasitas itu sudah cukup. Sarana Input/Ouput yang disediakan cukup banyak dan bervariasi. AT89S51 mempunyai 32 jalur Input/Ouput. Jalur Input/Ouput paralel dikenal sebagai Port 1 (P1.0..P1.7) dan Port 3 (P3.0..P3.5 dan P3.7).
AT89S51 dilengkapi UART (Universal Asyncronous Receiver/ Transmiter) yang biasa dipakai untuk komunikasi data secara seri. Jalur untuk komunikasi data seri (RXD dan TXD) diletakan berhimpitan dengan P1.0 dan P1.1 di kaki nomor 2 dan 3, sehingga kalau sarana input/ouput yang 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/ouput parelel 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 dengan P3.2 dan P3.3 sehingga tidak bisa dipakai sebagai jalur input/output parelel kalau INT0 dan INT1 dipakai untuk menerima sinyal interupsi.
Port1 dan 2, UART, Timer 0,Timer 1 dan sarana lainnya merupakan register yang secara fisik merupakan RAM khusus, yang ditempatkan di Special Functoin Regeister (SFR).
AT89S51 memiliki beberapa fitur sebagai berikut yaitu; kompatibel dengan keluarga mikrokontroller MCS – 51, 8 Kbyte In-system Programmable (ISP) flash memori dengan kemampuan 1000 kali baca/tulis, tegangan kerja 4-5 Volt, bekerja dengan rentang frekuensi 0 – 33 MHz, 256 x 8 bit RAM internal, 32 jalur I/O yang
Universitas Sumatera Utara
dapat deprogram, tiga buah 16-bit Timer / Counter, delapan sumber interrupt, saluran Full-Duplex Serial UART, watchdog timer, dual data pointer dan model pemograman ISP yang fleksibel ( Byte dan Page Mode ).
Konfigurasi pin mikrokontroler AT89S51 dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar 2.1. IC Mikrokontroler AT89S51
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.2. Diagram Blok AT89S51
Universitas Sumatera Utara
Deskripsi pin-pin pada mikrokontroler AT89S51 :
VCC (Pin 40) Suplai tegangan
GND (Pin 20) 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, port ini akan mempunyai internal pull up. Pada saat flash progamming diperlukan eksternal pull up, terutama pada saat verifikasi program.
Port 2 (Pin 21 – pin 28) Port 2 berfungsi sebagai I/O biasa atau high order address, pada saat mengakses memori 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 :
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.1 Fungsi masing-masing Pin pada Port 3
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 (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 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) Input untuk clock internal.
Universitas Sumatera Utara
XTAL2 (pin 18) Output dari osilator.
2.2.3. Photodioda
Photodioda biasanya digunakan untuk mendeteksi cahaya. Photodioda adalah piranti semikonduktor yang mengandung sambungan p-n, dan biasanya terdapat lapisan intrinsik antara lapisan n dan p. Piranti yang memiliki lapisan intrinsik disebut p-i-n atau PIN dioda. Cahaya diserap didaerah penyambungan atau daerah intrinsik menimbulkan pasangan elektron-hole, kebanyakan pasangan tersebut menghasilkan arus yang berasal dari cahaya. Mode operasi Photodioda dapat diopersaikan dalam 2 mode yang berbeda :
1. Mode Photovoltaik: seperti solar sel, penyerapan pada Photodioda menghasilkan tegangan yang dapat diukur. Bagaimanapun tegangan yang dihasilkan dari tenaga cahaya ini sedikit tidak linear, dan range perubahannya sangat kecil.
2. Mode Photokonduktivitas: disini, Photodioda diaplikasikan sebagai tegangan revers (tegangan balik) dari sebuah dioda (yaitu tegangan pada arah tersebut pada dioda tidak akan menghantarkan tanpa terkena cahaya) dan pengukuran menghasilkan arus Photodioda. Ketergantungan arus Photodioda pada kekuatan cahaya dapat sangat linear.
Karakteristik bahan photodioda : 1. Silikon(Si) : arus lemah saat gelap, kecepatan tinggi, sensitivitas yang bagus antara 400 nm sampai 1000 nm 2. Germanium(Ge) : arus tinggi saat gelap, kecepatan lambat, sensitivitas baik antara 600 nm sampai 1800
Universitas Sumatera Utara
2.2.4 Sensor cahaya Sensor cahaya yang digunakan akan digunakan tipe TSL230. Dimana tipe ini digolongkan kedalam silicon photodiode dan yang di dalamnya telah terpasang rangkaian yang akan mengubah output dari photodiode ke frekuensi. Sehingga output yang dihasilkan oleh sensor cahaya ini berupa frekuensi. Sensor cahaya ini juga dapat diaplikasikan untuk sensor warna RGB(merah, hijau dan biru). Dibawah ini adalah gambar diagram blok dari sensor cahaya tsl230:
Gambar 2.3. Diagram Blok TSL230 Adapun spesifikasi dari sensor yang akan digunakan adalah: - Tegangan kerja normal sebesar 5V - Tidak perlu komponen tambahan - Programmable sensitivity and full-scale output frequency - Dapat diantarmukakan langsung dengan mikrokontroler - Memiliki toleransi kesalahan output frekuensi sebesar +/- 5% - Nonlinearity error (typically 0.2% at 100kHz) - Bekerja pada suhu -25˚C hingga 70˚C - Dapat bekerja pada tegangan 2,7V
Universitas Sumatera Utara
2.2.5 Triac Pada rangkaian ini akan digunakan Triac BT139. Untuk tipe triac ini mampu melewatkan arus 16A dengan karekateristik tegangan block-nya sampai 600VAC. Triac merupakan komponen 3 elektroda: MT1, MT2, dan gate. Triac biasanya digunakan pada rangkaian pengendali, penyakelaran, dan rangkian pemicu/trigger.
Oleh karena aplikasi triac yang demikian luas maka komponen triac biasanya mempunyai dimensi yang besar dan mampu diaplikasikan pada tegangan 100V sampai 600V dengan arus beban dari 0.5A sampai 40A.
Gambar 2.4. Triac
Jika terminal MT1 dan MT2 diberi tegangan jala-jala PLN dan gate dalam kondisi mengambang maka tidak ada arus yang dilewatkan oleh triac (kondisi idel) sampai pada tegangan ‘break over’ triac tercapai. Kondisi ini dinamakan kondisi off triac. Apabila gate diberi arus positif atau negatif maka tegangan ‘break over’ ini akan turun. Semakin besar nilai arus yang masuk ke gate maka semakin rendah pula tegangan ‘break over’nya. Kondisi ini dinamakan sebagai kondisi on triac.
Apabila triac sudah ‘on’ maka triac akan dalam kondisi on selama tegangan pada MT1 dan MT2 di atas nol volt. Apabila tegangan pada MT1 dan MT2 sudah mencapai nol volt maka kondisi kerja triac akan berubah dari on ke off. Apabila triac
Universitas Sumatera Utara
sudah menjadi off kembali, triac akan selamanya off sampai ada arus trigger ke gate dan tegangan MT1 dan MT2 melebihi tegangan ‘break over’nya.
Gambar 2.5. Daerah Kerja Triac
2.2.6 Driver Triac Pada rangkaian ini digunakan driver triac tipe MOC3020, dimana komponen ini digolongkan pada tipe optocoupler yang merupakan piranti elektronika yang berfungsi sebagai pemisah antara rangkaian power dengan rangkaian control. Adapun gambar dari rangkaian optocoupler yang ada di dalam ic MOC3020 seperti dibawah ini:
Gambar 2.6. IC MOC3020 Optocoupler merupakan salah satu jenis komponen yang memanfaatkan sinar sebagai pemicu on/off-nya. Opto berarti optic dan coupler berarti pemicu. Sehingga
Universitas Sumatera Utara
bisa diartikan bahwa optocoupler merupakan suatu komponen yang bekerja berdasarkan picu cahaya optic, opto-coupler termasuk dalam sensor, dimana terdiri dari dua bagian yaitu transmitter dan receiver. Bagian pemancar atau transmitter dibangun dari sebuah led infra merah untuk mendapatkan ketahanan yang lebih baik daripada menggunakan led biasa. Sensor ini bisa digunakan sebagai isolator dari rangkaian tegangan rendah kerangkaian tegangan tinggi. Selain itu juga bisa dipakai sebagai pendeteksi adanya penghalang antara transmitter dan receiver dengan memberi ruang uji dibagian tengah antara led dengan photo transistor. Penggunaan ini bisa diterapkan untuk mendeteksi putaran motor atau mendeteksi lubang penanda disket pada disk drive computer.
Pada umumnya semua jenis optocoupler pada lembar datanya mampu dibebani tegangan sampai 7500 Volt tanpa terjadi kerusakan atau kebocoran. Biasanya dipasaran optocoupler tersedianya dengan type 4NXX atau MOC XXXX dengan X adalah angka part valuenya. Untuk type MOC3020 ini mempunyai tegangan isolasi sebesar 7500 Volt dengan kemampuan maksimal led dialiri arus fordward sebesar 60 mA. Namun besarnya arus led yang digunakan berkisar antara 15mA - 30 mA dan untuk menghubungkan-nya dengan tegangan +5 Volt diperlukan tahanan pembatas.
2.2.7 Op-Amp
OpAmp (Operasional Amplifiers) pada hakekatnya merupakan sejenis IC. Di dalamnya terdapat suatu rangkaian elektronik yang terdiri atas beberapa transistor, resistor atau dioda. Jikalau kepada IC jenis ini ditambahkan suatu jenis rangkaian, masukkan dan suatu jenis rangkaian umpan balik, maka IC ini dapat dipakai untuk mengerjakan berbagai operasi matematika, seperti menjumlah, mengurangi, membagi, mengali, mengintegrasi, dsb. Oleh karena itu IC jenis ini dinamakan penguat operasi atau operasional amplifier, disingkat OpAmp.
Namun demikian OpAmp dapat pula dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, misalnya sebagai penguat audio, pengatur nada, osilator atau pembangkit gelombang,
Universitas Sumatera Utara
sensor circuit, dsb. Dibawah ini adalah gambar diagram dari OpAmp yaitu sebagai berikut:
Gambar 2.7. Diagram Rangkaian OpAmp Salah satu fungsi OpAmp yaitu sebagai pembanding atau komparator, dimana rangkaian komparator atau pembanding dibagi atas 4 macam yaitu : a. Rangkaian pembanding 1 op-amp tanpa jendela input b. Rangkaian pembanding 1 op-amp dengan jendela input c. Rangkaian pembanding 2 op-amp dengan jendela input proses output luar d. Rangkaian pembanding 2 op-amp dengan jendela input proses output dalam Rangkaian pembanding dengan 1 op-amp tanpa jenjela input, artinya rangkaian komparator/pembanding yang hasilnya langsung dibandingkan dengan referensinya. Tegangan masukan yang bervariasi dibandingkan dengan tegangan masukan tetap berfungsi sebagai tegangan referensi. Jika tegangan masukan lebih tinggi dari tegangan referensi, maka keluaran negatif (-). Jika tegangan masukan lebih rendah dari tegangn referensi, maka keluaran positif (+).
Universitas Sumatera Utara
2.3. Perangkat Lunak
2.3.1. Bahasa Assembly MCS-51
Bahasa yang digunakan untuk memprogram IC mikrokontroler AT89S51 adalah bahasa assembly untuk MCS-51. angka 51 merupakan jumlah instruksi pada bahasa ini hanya ada 51 instruksi. Instruksi –instruksi tersebut antara lain :
1. Instruksi MOV Perintah ini merupakan perintah untuk mengisikan nilai ke alamat atau register tertentu. Pengisian nilai dapat secara langsung atau tidak langsung. Contoh pengisian nilai secara langsung MOV R0,#20h Perintah di atas berarti : isikan nilai 20 Heksadesimal ke register 0 (R0). Tanda # sebelum bilangan menunjukkan bahwa bilangan tersebut adalah nilai. Contoh pengisian nilai secara tidak langsung MOV 20h,#80h ........... ............ MOV R0,20h Perintah di atas berarti : isikan nilai yang terdapat pada alamat 20 Heksadesimal ke register 0 (R0). Tanpa tanda # sebelum bilangan menunjukkan bahwa bilangan tersebut adalah alamat.
2. Instruksi DJNZ Decreament Jump If Not Zero (DJNZ) ini merupakan perintah untuk mengurangi nilai register tertentu dengan 1 dan lompat jika hasil pengurangannya belum nol. Contoh , MOV R0,#80h Loop: ........... ............ DJNZ R0,Loop
Universitas Sumatera Utara
............
R0 -1, jika belum 0 lompat ke loop, jika R0 = 0 maka program akan meneruskan ke perintah pada baris berikutnya.
3. Instruksi ACALL Instruksi ini berfungsi untuk memanggil suatu rutin tertentu. Contoh : ............. ACALL TUNDA ............. TUNDA: .................
4. Instruksi RET Instruksi RETURN (RET) ini merupakan perintah untuk kembali ke rutin pemanggil setelah instruksi ACALL dilaksanakan. Contoh, ACALL TUNDA ............. TUNDA: ................. RET
5. Instruksi JMP (Jump) Instruksi ini merupakan perintah untuk lompat ke alamat tertentu. Contoh, Loop: ................. .............. JMP Loop
6. Instruksi JB (Jump if bit) Instruksi ini merupakan perintah untuk lompat ke alamat tertentu, jika pin yang dimaksud berlogika high (1). Contoh, Loop:
Universitas Sumatera Utara
JB P1.0,Loop .................
7. Instruksi JNB (Jump if Not bit) Instruksi ini merupakan perintah untuk lompat ke alamat tertentu, jika pin yang dimaksud berlogika Low (0). Contoh, Loop: JNB P1.0,Loop .................
8. Instruksi CJNZ (Compare Jump If Not Equal) Instruksi ini berfungsi untuk membandingkan nilai dalam suatu register dengan suatu nilai tertentu. Contoh, Loop: ................ CJNE R0,#20h,Loop ................ Jika nilai R0 tidak sama dengan 20h, maka program akan lompat ke rutin Loop. Jika nilai R0 sama dengan 20h,maka program akan melanjutkan instruksi selanjutnya..
9. Instruksi DEC (Decreament)
Instruksi ini merupakan perintah untuk mengurangi nilai register yang
dimaksud dengan 1. Contoh,
MOV R0,#20h R0 = 20h
................
DEC R0
R0 = R0 – 1
.............
10. Instruksi INC (Increament) Instruksi ini merupakan perintah untuk menambahkan nilai register yang dimaksud dengan 1. Contoh, MOV R0,#20h R0 = 20h
Universitas Sumatera Utara
................ INC R0 .............
R0 = R0 + 1
2.3.2. Software 8051 Editor, Assembler, Simulator (IDE)
Instruksi-instruksi yang merupakan bahasa assembly tersebut dituliskan pada sebuah editor, yaitu 8051 Editor, Assembler, Simulator (IDE). Tampilannya ISP software seperti di bawah ini.
Gambar 2.8. Atmel mikrokontroler ISP Software
Setelah program selesai ditulis, kemudian di-save dan kemudian di-Assemble (di-compile). Pada saat di-assemble akan tampil pesan peringatan dan kesalahan. Jika masih ada kesalahan atau peringatan, itu berarti ada kesalahan dalam penulisan perintah atau ada nama subrutin yang sama, sehingga harus diperbaiki terlebih dahulu sampai tidak ada pesan kesalahan lagi.
Software 8051IDE ini berfungsi untuk merubah program yang kita tuliskan ke dalam bilangan heksadesimal, proses perubahan ini terjadi pada saat peng-compile-an. Bilangan heksadesimal inilah yang akan dikirimkan ke mikrokontroller.
Universitas Sumatera Utara
BAB III PERANCANGAN
3.1 Blok Diagram Sistem Blok diagram merupakan penyederhanaan dari rangkaian yang menyatakan hubungan berurutan dari satu atau lebih rangkaian yang memiliki kesatuan kerja tersendiri. Setiap diagram blok mempunyai fungsi masing-masing. Adapun diagram blok dari sistem yang dirancang adalah seperti yang diperlihatkan pada gambar 3.1. berikut ini:
Gambar 3.1. Diagram Blok Diagram Berikut ini adalah prinsip kerja blok diagram, yaitu : 1. Sensor intensitas TSL230 berfungsi untuk mengubah intensitas cahaya yang mengenainya menjadi output frekuensi.
Universitas Sumatera Utara
2. Rangkaian zero detector berfungsi untuk mengetahui titik nol dari gelombang sinus tegangan listrik PLN, dengan demikian dapat di atur pengurangan daya dari tegangan PLN melalui pemotongan gelombang sinus tersebut.
3. LED Infra merah, berfungsi untuk memancarkan cahaya infra merah untuk mendeteksi adanya orang masuk. LED IR ini akan mengenai photodioda yang ada pada rangkaian penerima sinyal. Sehingga jika ada orang yang masuk, maka cahaya LED IR akan terhalang, tidak mengenai photodioda.
4. Rangkaian penerima IR ini berfungsi untuk mendeteksi ada/tidaknya cahaya IR. Dalam kondisi normal, maka cahaya IR akan mengenai rangkaian ini. Namun jika ada orang yang masuk atau keluar, maka cahaya IR akan terhalang, sehingga tidak mengenai photodioda yang ada pada rangkaian ini.
5. Mikrokontroler merupakan otak dari system, yang berfungsi untuk menerima sinyal input, untuk kemudian melakukan tindakan tertentu, sesuai dengan program yang diisikan di dalamnya.
6. Driver triac berfungsi untuk mengendalikan gate pada triac, sehingga menentukan aktif tidaknya triac. Triac menggunakan tegangan AC, sedangkan mikrokontroler menggunakan tegangan DC, dengan demikian agar mikrokontroler dapat mengendalikan triac, maka dibutuhkan driver ini.
7. Triac berfungsi untuk menentukan ON/OFF lampu beban dalam waktu yang cepat.
8. Display seven segmen berfungsi untuk menampilkan prioda setengah panjang gelombang dari frekuensi sensor intensitas yang digunakan.
3.2. Rangkaian Power Supplay (PSA)
Rangkaian ini berfungsi untuk mensupplay tegangan ke seluruh rangkaian yang ada. Rangkaian PSA yang dibuat terdiri dari satu keluaran, yaitu 5 volt, keluaran 5 volt digunakan untuk mensupplay tegangan ke rangkaian mikrokontroler, sensor intensitas atau sensor cahaya, rangkaian zero detector, rangkaian display, rangkaian penerima IR dan rangkaian driver triac. Rangkaian power supplay ditunjukkan pada gambar 3.2 berikut ini :
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.2. 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. Dioda berikutnya berfungsi untuk menahan arus yang ada pada regulator agar tidak balik jika terjadi penarikan arus sesaat dari tegangan 12 volt. Regulator tegangan 5 volt (7805) digunakan agar keluaran yang dihasilkan tetap 5 volt walaupun terjadi perubahan pada tegangan masukannya. LED hanya sebagai indikator apabila PSA dinyalakan. TIP42 berfungsi mensuplay arus, karena pada regulator 7805 arus telah dibatasi hanya 100 mA, sehingga regulator tidak panas.
3.3. Rangkaian Mikrokontroler AT89S51
Rangkaian ini merupakan otak dari system, yang berfungsi untuk menerima sinyal input, untuk kemudian melakukan tindakan tertentu, sesuai dengan program yang diisikan di dalamnya. 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:
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.3. Rangkaian mikrokontroler AT89S51
Mikrokontroler ini memiliki 32 port I/O, yaitu port 0, port 1, port 2 dan port 3. Pin 32 sampai 39 adalah Port 0 yang merupakan saluran/bus I/O 8 bit. Pin 1 sampai 8 adalah port 1. Pin 21 sampai 28 adalah port 2. Dan Pin 10 sampai 17 adalah port 3 Pin 40 dihubungkan ke sumber tegangan 5 volt. Dan pin 20 dihubungkan ke ground. Rangkaian mikrokontroler ini menggunakan komponen kristal 12 MHz sebagai sumber clocknya. Nilai kristal ini akan mempengaruhi kecepatan mikrokontroler dalam mengeksekusi suatu perintah tertentu.
Pada pin 9 dihubungkan dengan sebuah kapasitor 10 uF yang dihubungkan ke positip dan sebuah resistor 10 Kohm yang dihubungkan ke ground. Kedua komponen ini berfungsi agar program pada mikrokontroler dijalankan beberapa saat setelah power aktip. Lamanya waktu antara aktifnya power pada IC mikrokontroler dan aktipnya program adalah sebesar perkalian antara kapasitor dan resistor tersebut. Jika dihitung maka lama waktunya adalah :
t = R x C = 10 KΩ x 10 µF = 1m det ik Jadi 1 mili detik setelah power aktip pada IC kemudian program aktif.
Pada perancangan ini, Port 0, yaitu P0.0 dihubungkan ke rangkaian sensor penerima infra merah yang pertama atau ke sensor gerak yang akan mendeteksi orang
Universitas Sumatera Utara
keluar. P0.7 dihubungkan ke rangkaian driver triac. Pada Port 2, yaitu P2.0 dihubungkan ke rangkaian zero detector dan P2.1 dihubungkan ke rangkaian sensor cahaya tsl230. Port 3 yaitu P3.0 dan P3.1 dihubungkan ke rangkaian display seven segmen serta P3.3 dihubungkan ke rangkaian sensor penerima infra merah yang kedua atau ke sensor gerak yang akan mendeteksi orang masuk.
Pin 17 yang merupakan P3.7 dihubungkan dengan transistor dan sebuah LED. Ini dilakukan hanya untuk menguji apakah rangkaian minimum mikrokontroler AT89S51 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 terhubung ke pin 17 sudah bekerja sesuai dengan perintah yang diberikan, maka rangkaian minimum tersebut telah siap digunakan. Namun setelah seluruh rangkaian disatukan, LED yang terhubung ke pin 17 ini tidak digunakan lagi.
3.4. Rangkaian Sensor Intensitas TSL230 Rangkaian ini berfungsi untuk mengubah intensitas cahaya yang mengenainya menjadi output frekuensi. Rangkaian sensor TSL230 ditunjukkan pada gambar di bawah ini:
Gambar 3.4. Rangkaian Sensor Cahaya TSL230
Universitas Sumatera Utara
Pengaturan sensitifitas pada ic TSL230 dapat dilakukan seperti ditunjukkan
pada tabel 2.1. di bawah ini sebagai berikut:
Input (S0) Input (S1) Sensitifitas IC
Low Low
Power down
High
Low
1X
Low High
10X
High
High
100X
Tabel 3.1. Input pin sensitifitas pada TSL230
Dan pengaturan scaling input pin ditunjukkan pada tabel 2.2 yang ditunjukkan
dibawah ini sebagai berikut:
Input (S2) Input (S3) fo Scaling
Low Low
1
High
Low
2
Low High
10
High
High
100
Tabel 3.2. Input pin scaling pada TSL230
Pada pembuatan alat diatur sensitivity select inputs Pin 1 (S0 = H), pin 2 (S1 = L), dengan demikian sensitifitasnya 1 kali. Scaling select inputs pin 7 (S2 = H), pin8 (S3 = H), dengan demikian skala prioda yang diperoleh akan di bagi 100.
3.5. Rangkaian Zero Detector
Rangkaian zero detector yang digunakan dalam sistem ini menggunakan IC komparator LM393. Outputnya dihubungkan dengan kaki 21 (P2.0) pada mikrokontroler.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.5. Rangkaian zero detector
Saat fase positif komparator akan menghasilkan output high (Vcc) dan saat fase negatif akan menghasilkan output low (0 volt). Jadi outputnya adalah gelombang kotak dengan frekuensi sesuai dengan frekuensi AC-nya yaitu 50 Hz.
3.6. Rangkaian Sensor Gerak
Sensor gerak terdiri dari sebuah pemancar infra merah, dan sebuah rangkaian penerima infra merah. Pemancar infra merah dipasang berhadapan dengan rangkaian penerima yang dilengkapi dengan photodioda, jadi dalam keadaan biasa, maka pancaran sinar infra merah akan diterima oleh rangkaian penerima sehingga menghasilkan sinyal low yang dikirimkan ke mikrokontroler, dan mikrokontroler mengenali sinyal ini sebagai kondisi biasa (tidak ada orang yang akan melewati sensor).
Ketika ada orang yang melewati sensor, sehingga menghalangi pancaran sinar infra merah yang diterima oleh rangkaian penerima, maka untuk sesaat rangkaian penerima tidak menerima sinar infra merah. Keadaan ini akan diolah oleh rangkaian penerima sehingga menghasilkan sinyal high yang dikirimkan ke mikrokontroler dan mikrokontroler mengenali sinyal ini sebagai tanda adanya orang yang masuk atau keluar.
Universitas Sumatera Utara
Pada alat ini sensor gerak yang digunakan adalah sebuah pemancar infra merah, sebuah rangkaian penerima sinyal infra merah. Rangkaian pemancar infra merah tampak seperti gambar di bawah ini,
VCC 5V
18Ω
Infra Merah
Gambar 3.6. Rangkaian Pemancar infra merah
Pada rangkaian di atas digunakan sebuah LED infra merah yang diserikan dengan sebuah resistor 18 ohm. Resistor ini berfungsi untuk membatasi arus yang masuk ke LED infra merah agar LED infra merah tidak rusak. Resistor yang digunakan adalah 18 ohm sehingga arus yang mengalir pada LED infra merah adalah sebesar:
i = V −VLed = 5 − 1,7 = 3,3 = 0,183 Ampere R 18 18
Dengan besarnya arus yang mengalir ke LED infra merah, maka intensitas pancaran infra merah akan semakin kuat, yang menyebabkan jarak pancarannya akan semakin jauh.
Pancaran dari sinar infra merah akan diterima oleh photodioda, kemudian akan diolah oleh rangkaian penerima agar menghasilkan data biner, dimana jika photodioda menerima pancaran sinar infra merah maka output dari rangkaian penerima ini akan mengeluarkan logika low (0), namun jika photodioda tidak menerima pantulan sinar infra merah, maka output dari rangkaian penerima akan mengeluarkan logika high (1).
Universitas Sumatera Utara
Rangkaian penerima infra merah seperti gambar di bawah ini:
Gambar 3.7. Rangkaian Penerima sinar infra merah Photodioda memiliki hambatan sekitar 15 s/d 20 Mohm jika tidak terkena sinar infra merah, dan hambatannya akan berubah menjadi sekitar 80 s/d 300 Kohm jika terkena sinar infra merah tergantung dari besarnya intensitas yang mengenainya. Semakin besar intensitasnya, maka hambatannya semakin kecil. Pada rangkaian di atas, output dari photodioda diumpankan ke Op Amp 358 yang merupakan IC dual OP Amp untuk diperkuat. Dari Op Amp dihubungkan ke transistor C945 untuk menghasilkan data digital. 3.7. Rangkaian Driver Triac Driver triac yang digunakan adalah tipe MOC3020. Driver ini termasuk jenis optocoupler sehingga relatif aman jika terjadi ketidaknormalan pada bagian beban. Rangkaian driver ini ditunjukkan Gambar di bawah ini,
Universitas Sumatera Utara
Gambar 5 Driver Firing Triac MOC3020 Gambar 3.8. Rangkaian Driver Triac
Pengaktifan Triac melalui driver ini adalah dengan pulsa low yang berasal dari p0.7. Pada saat ada pulsa low (0 volt) pada kaki 2 maka akan terjadi beda potensial antara kaki 1 dan 2 sehingga arus mengalir dan dioda dalam MOC3020 memancarkan cahaya sehingga bilateral switch ON, arus mengalir dari kaki 6 ke 4 akan mengaktifkan Triac menjadi ON sehingga Triac dapat mengalirkan arus.
Fungsi resistor 180 ohm adalah untuk membatasi arus yang mengalir melalui dioda. Untuk bagian tegangan rendah (sebelah kiri) arus yang mengalir maksimum 30 mA. Apabila hambatan dioda dalam MOC3020 diabaikan maka arus yang mengalir dapat dihitung sebagai berikut.
I = 5/180 = 0,02778 A = 27,78 mA (masih di bawah nilai yang diizinkan) Arus 27,78 mA bagi mikrokontroler sudah dianggap besar, sehingga pengaktifan MOC3020 dengan active low agar mikrokontroler tidak melakukan sourcing.
3.9. Rangkaian Display Seven Segmen
Rangkaian display seven segmen ini berfungsi untuk menampilkan nilai dari hasil pengukuran temperatur. Rangkaian display seven segmen ditunjukkan pada gambar berikut ini :
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.9. Rangkaian Display Seven Segmen
Display ini menggunakan 3 buah seven segmen common anoda yang dihubungkan ke IC 4094 yang merupakan IC serial to paralel. IC ini akan merubah 8 bit data serial yang masuk menjadi keluaran 8 bit data paralel. Rangkaian ini dihubungkan dengan P3.0 dan P3.1 AT89S51. P3.0 merupakan fasilitas khusus pengiriman data serial yang disediakan oleh mikrokontroler AT89S51. Sedangkan P3.1 merupakan sinyal clock untuk pengiriman data serial.
Dengan menghubungkan P3.0 dengan IC serial to paralel (IC 4094), maka data serial yang dikirim akan diubah menjadi data paralel. Kemudian IC 4094 ini dihubungkan dengan seven segmen agar data tersebut dapat ditampilkan dalam bentuk angka. Seven segmen yang digunakan adalah tipe common anoda (aktip low), ini berarti segmen akan menyala jika diberi data low (0) dan segmen akan mati jika diberi data high (1).
Universitas Sumatera Utara
3.10. Diagram Alir Pemrograman
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Dibawah ini adalah program yang diisikan kedalam mikrokontroler AT89S51 sebagai berikut:
bil0 equ 21h bil1 equ 0edh bil2 equ 19h bil3 equ 89h bil4 equ 0c5h bil5 equ 83h bil6 equ 3h bil7 equ 0e9h bil8 equ 01h bil9 equ 81h
mov 70h,#0 mov 71h,#0 mov 72h,#0 mov 62h,#0 setb p0.7 mov sbuf,#0ffh jnb ti,$ clr ti mov sbuf,#0ffh jnb ti,$ clr ti mov sbuf,#0ffh jnb ti,$ clr ti acall tunda
Utama: mov 60h,#0
Universitas Sumatera Utara
mov 61h,#0 jnb p2.1,$ hitung: acall pulsa inc 60h jb p2.1, hitung
hasil: mov a,60h mov b,#100 div ab mov 72h,a mov a,b mov b,#1
SKRIPSI FRANSDEHOT SITUNGKIR
NIM. 020801042
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008
Universitas Sumatera Utara
PENGENDALIAN LAMPU PADA RUANGAN BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51
SKRIPSI Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar sarjana sains
FRANSDEHOT SITUNGKIR NIM. 020801042
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, dengan limpahan karuniaNya penyelesaian tugas akhir ini dapat diselesaikan dalam waktu yang ditetapkan.
Tugas Akhir ini disusun berdasarkan perancangan alat yang penulis lakukan di Laboratorium Elektronika Dasar FMIPA USU Medan, sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan studi Program Strata Satu (S1) pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Departemen Fisika bidang Instrumentasi, Universitas Sumatera Utara.
Dalam penyelesaian tugas akhir serta penulisan laporannya penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada Bapak Drs.Luhut Sihombing, MS, selaku dosen pembimbing pada penyelesaian tugas akhir ini yang telah memberikan panduan dan kepercayaan penuh pada saya untuk menyempurnakan tugas akhir ini. Ucapan terima kasih juga diajukan kepada Bapak Dr. Eddy Marlianto, M.Sc, selaku dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA), Universitas Sumatera Utara. Ketua dan sekretaris Departemen Fisika FMIPA USU Bapak DR.Marhaposan Situmorang dan Ibu Dra. Yustinon, MS dan seluruh pegawai di FMIPA USU serta rekan-rekan kuliah khususnya stambuk 2002 yang banyak membantu menyelesaikan skripsi ini.
Ucapan terimakasih saya yang spesial buat Ayahanda tercinta dan Ibunda tersayang beserta seluruh keluarga yang selalu setia memberikan bantuan dan dukungan materi, dorongan serta doa.
Penulis menyadari banyak terdapat kekurangan dalam penulisan dan penyusunan tugas akhir ini, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun untuk kesempurnaan tugas akhir ini.
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Untuk mengendalikan intensitas lampu pijar dapat diimplementasikan dengan banyak metode. Pengendalian ini pada prinsipnya dengan mengendalikan daya yang masuk ke lampu pijar. Lampu pijar yang bekerja pada tegangan AC, pengendalian dayanya dapat dilakukan dengan triac. Daya yang melewati lampu diatur dengan sudut picu pada triac-nya. Proses pengaturan sudut picu triac ini dikendalikan dengan mikrokontroler.
Sistem ini terdiri atas beberapa bagian, yaitu zero detector, sensor inframerah, sensor cahaya, seven segmen, mikrokontroler dan driver triac. Zero detector digunakan untuk mendeteksi tegangan nol volt sinyal AC, sensor inframerah digunakan untuk mengetahui pergerakan memasuki ruangan, sensor cahaya digunakan untuk mendeteksi kondisi intensitas cahaya di dalam ruangan, mikrokontroler digunakan untuk mengolah masukan dari sensor inframerah, sensor cahaya dan komparator menjadi data digital yang digunakan untuk mengatur sudut picu triac serta driver triac digunakan untuk antarmuka mikrokontroler dengan triac yang terhubung dengan tegangan AC 220 volt
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT In order to control an intensity lamp, a lot of method can be implemented. This control process is controlling the power through the lamp. Lamp which works on AC voltage, controlling the power can use triac. Power through lamp is controlled by firing process in the triac. Firing process in the triac is controlled by microcontroller. This system consists of some block, they are zero detector, infrared sensor, light sensor, seven segment, microcontroller and triac driver. zero detector is used to detect zero voltage at AC signal, infrared sensor is used to detect any move to inside the room, light sensor is used to detect intensity in the room, seven segment is used to display intensity in room, microcontroller is used to process input from light sensor, infrared sensor and comparator become digital data controlling firing triac, also triac driver is used as interface microcontroller and triac connected to 220 volt AC voltage.
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Penghargaan Abstrak Abstract Daftar Isi Daftar Tabel Dartar Gambar
Bab I Pendahuluan 1.1 Latar belakang Masalah 1.2 Batasan Masalah 1.3 Tujuan Penelitian 1.4 Manfaat Penelitian 1.5 Sistematika Penulisan
Bab II Tinjauan Pustaka 2.1 Konsep Dasar 2.2 Perangkat Keras 2.2.1 Mikrokontroler AT89S51 2.2.2 Konstruksi AT89S51 2.2.3 Photodioda 2.2.4 Sensor cahaya 2.2.5 Triac 2.2.6 Driver triac 2.2.7 Op-Amp 2.3 Perangkat Lunak 2.3.1 Bahasa Assembly MCS-51 2.3.2 Software 8051 Editor, Assembler, Simulator (IDE)
Halaman i ii iii iv vi vii
1 2 3 3 3
5 6 6 7 13 14 15 16 17 19 19 22
Universitas Sumatera Utara
Bab III Perancangan 3.1 Diagram Blok Sistem 3.2 Rangkaian Power Supply (PSA) 3.3 Rangkaian Mikrokontroler AT89S51 3.4 Rangkaian Sensor Intensitas TSL230 3.5 Rangkaian Zero Detektor 3.6 Rangkaian Sensor Gerak 3.7 Rangkaian Driver Triac 3.8 Rangkaian Display Seven Segmen 3.9 Skema Rangkaian Keseluruhan 3.10 Diagram Alir Pemrograman
Bab IV Pengujian dan Analisa Sistem 4.1 Rangkaian Mikrokontroler AT89S51 4.2 Rangkaian Sensor Gerak 4.3 Rangkaian Display Seven Segmen 4.4 Rangkaian Zero Detektor 4.5 Rangkaian Sensor Cahaya 4.6 Rangkaian Driver Triac
Bab V Kesimpulan dan Saran 5.1 Kesimpulan 5.2 Saran
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
23 24 25 27 28 29 31 32 33 34
47 48 48 50 51 54
57 58
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Fungsi masing-masing pin pada Port 3 Tabel 3.1 Input pin sensitifitas TSL230 Tabel 3.2 Input pin scaling TSL230 Tabel 4.1 Pengukuran tegangan output pada Sensor Infra merah Tabel 4.2 pengujian pada seven segmen
Halaman
12 28 28 48 49
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. IC Mikrokontroler AT89S51 Gambar 2.2. Diagram Blok AT89S51 Gambar 2.3. Diagram Blok TSL230 Gambar 2.4. Triac Gambar 2.5. Gambar Daerah Kerja Triac Gambar 2.6. IC MOC3020 Gambar 2.7. Diagram Rangkaian Op-Amp Gambar 2.8. Atmel Mikrokontroler ISP Software Gambar 3.1. Diagram Blok Rangkaian Gambar 3.2. Rangkaian Power Supplay (PSA) Gambar 3.3. Rangkaian Mikrokontroler AT89S51 Gambar 3.4. Rangkaian Sensor Cahaya TSL230 Gambar 3.5. Rangkaian Zero Detektor Gambar 3.6. Rangkaian Pemancar Infra Merah Gambar 3.7. Rangkaian Penerima Sinar Inframerah Gambar 3.8. Rangkaian Driver Triac Gambar 3.9. Rangkaian Display Seven Segmen Gambar 3.10. Skema Rangkaian Keseluruhan Gambar 3.11. Diagram Alir Pemrograman Gambar 4.1. Output Zero Detektor Gambar 4.2. Output TSL230 lebar pulsa ≤ 5 Gambar 4.3. Output TSL230 lebar pulsa ≤ 70 Gambar 4.4. Output TSL230 lebar pulsa ≤ 150 Gambar 4.5. Output TSL230 lebar pulsa ≤ 230 Gambar 4.6. Output TSL230 lebar pulsa > 230 Gambar 4.7. Gelombang output triac tidak terpotong Gambar 4.8. Output triac terpotong 1/3 gelombang Gambar 4.9. Output triac terpotong 1/2 gelombang Gambar 4.10. Output triac terpotong 2/3 gelombang Gambar 4.11. Output triac terpotong 1 gelombang Penuh
Halaman 9 10 14 15 16 16 18 22 23 25 26 27 29 30 31 32 33 34 34 51 52 52 53 53 54 54 55 55 56 56
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Untuk mengendalikan intensitas lampu pijar dapat diimplementasikan dengan banyak metode. Pengendalian ini pada prinsipnya dengan mengendalikan daya yang masuk ke lampu pijar. Lampu pijar yang bekerja pada tegangan AC, pengendalian dayanya dapat dilakukan dengan triac. Daya yang melewati lampu diatur dengan sudut picu pada triac-nya. Proses pengaturan sudut picu triac ini dikendalikan dengan mikrokontroler.
Sistem ini terdiri atas beberapa bagian, yaitu zero detector, sensor inframerah, sensor cahaya, seven segmen, mikrokontroler dan driver triac. Zero detector digunakan untuk mendeteksi tegangan nol volt sinyal AC, sensor inframerah digunakan untuk mengetahui pergerakan memasuki ruangan, sensor cahaya digunakan untuk mendeteksi kondisi intensitas cahaya di dalam ruangan, mikrokontroler digunakan untuk mengolah masukan dari sensor inframerah, sensor cahaya dan komparator menjadi data digital yang digunakan untuk mengatur sudut picu triac serta driver triac digunakan untuk antarmuka mikrokontroler dengan triac yang terhubung dengan tegangan AC 220 volt
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT In order to control an intensity lamp, a lot of method can be implemented. This control process is controlling the power through the lamp. Lamp which works on AC voltage, controlling the power can use triac. Power through lamp is controlled by firing process in the triac. Firing process in the triac is controlled by microcontroller. This system consists of some block, they are zero detector, infrared sensor, light sensor, seven segment, microcontroller and triac driver. zero detector is used to detect zero voltage at AC signal, infrared sensor is used to detect any move to inside the room, light sensor is used to detect intensity in the room, seven segment is used to display intensity in room, microcontroller is used to process input from light sensor, infrared sensor and comparator become digital data controlling firing triac, also triac driver is used as interface microcontroller and triac connected to 220 volt AC voltage.
Universitas Sumatera Utara
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Kebutuhan listrik dan kenaikan tarif listrik yang semakin meningkat menimbulkan masalah baru di masyarakat. Jika setiap konsumen bisa menghemat penggunaan listrik maka kenaikan tarif listrik yang semakin tinggi dapat mengurangi jumlah biaya yang harus di keluarkan setiap bulannya. Salah satu prosedur penghematan listrik yang dengan mudah dilaksanakan antara lain: mewajibkan kepada para pemakai gedung untuk selalu mematikan lampu pada siang hari atau mematikan lampu pada ruangan yang tidak di tempati orang. Usaha ini dilakukan untuk mengatur daya yang masuk lampu ini salah satunya adalah dengan mengatur intensitasnya. Perubahan intensitas lampu ini dikendalikan dengan banyak cara. Salah satu cara untuk mengatur intensitas lampu adalah dengan menggunakan triac yang dikendalikan oleh mikrokontroler yang banyak dijumpai di pasaran.
Prosedur operasional yang tampaknya sederhana ini ternyata dalam pelaksanaannya tidaklah semudah seperti yang dikatakan. Diperlukan pengawasan yang terus menerus hingga menjadi suatu kebiasaan atau budaya hemat listrik. Untuk mengatasi permasalahan tersebut, dibuatlah suatu alat yang dapat mengendalikan lampu pada ruangan secara otomatis. Sensor adalah bagian terpenting yang dibutuhkan alat ini. Sensor cahaya yang digunakan pada ruangan mampu mendeteksi kondisi ruangan apakah gelap atau terang, selain itu sensor gerak akan mendeteksi apakah ruangan sedang digunakan atau tidak. Dengan penggunaan beberapa sensor, maka pengawasan di dalam ruangan akan lebih efisien.
Universitas Sumatera Utara
Mikrokontroler sebagai piranti yang semakin berkembang memiliki banyak manfaat, dapat diprogram sesuai dengan kebutuhan. Mikrokontroler merupakan mikroprosesor kecil yang di dalamnya memiliki fungsi khusus. Mikrokontroler sebagai piranti yang semakin berkembang memiliki banyak manfaat, dapat diprogram sesuai dengan kebutuhan. Dalam hal ini, mikrokontroler berperan penting dalam pengambilan keputusan yang akan mengatur besar daya yang akan masuk dari arus PLN.
AT89S51 adalah chip mikrokontroler produksi Atmel Inc.AT89S51 dapat dibaca atau ditulis berkali-kali dan biaya pengembangan menjadi lebih murah karena dapat diisi kembali dengan program yang lain sesuai dengan kebutuhan. AT89S51 mempunyai fitur dasar yang cukup lengkap untuk pemrosesan input-output. Bahasa pemograman yang digunakan mikrokontroler AT89S51 hampir tidak berbeda jauh dengan intruksi pada mikroprosesor Intel yang dipelajari pada perkuliahan. Sehingga dengan adanya alat ini pengawasan ruangan akan lebih mudah karena secara otomatis lampu akan hidup atau mati tergantung pada kondisi yang diterima oleh sensor-sensor yang terpasang pada ruangan.
Sehingga dari latar belakang tersebut, tugas akhir ini penulis memberi judul : “PENGENDALIAN LAMPU PADA RUANGAN BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51”
I.2 Batasan Masalah
Penulis menyadari ilmu pengetahuan yang dimiliki terbatas. Sehingga dalam pembuatan proyek tugas akhir dibuat suatu pembahasan masalah. Adapun batasan masalah yang akan dibuat adalah sebagai berikut:
1. Alat ini hanya mampu mendeteksi tingkat intensitas cahaya di dalam ruangan dan menampilkannya pada seven segmen.
Universitas Sumatera Utara
2. Untuk mendeteksi masuknya atau keluarnya seseorang dari dalam ruangan digunakan 2 buah sensor infra merah.
3. Orang yang melewati sensor gerak tidak tertahan pada daerah sensor gerak di sekitar pintu, hal ini berlaku untuk orang yang masuk maupun keluar
I.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dilakukan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Memanfaatkan mikrokontroller sebagai alat pengontrol lampu. 2. Memanfaatkan sensor infra merah sebagai pendeteksi gerak seseorang yang akan memasuki ruangan ataupun sebaliknya.
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat dilakukan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Kita dapat menghemat penggunaan listrik dengan mengurangi daya yang dibutuhkan lampu. 2. Kita dapat mengetahui keadaan intensitas cahaya di dalam ruangan yang ditampilkan pada seven segmen.
I.5 Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah pembahasan dan pemahaman maka penulis membuat sistematika pembahasan bagaimana sebenarnya prinsip kerja dari alat ini sebagai berikut:
BAB I.
PENDAHULUAN Dalam bab ini berisikan mengenai latar belakang, tujuan penelitian, batasan masalah, manfaat penelitian serta sistematika penulisan.
Universitas Sumatera Utara
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 cara kerja dari sensor cahaya, sensor infamerah, seven segmen, komparator, triac dan driver triac.
BAB III.
PERANCANGAN SISTEM Berisi tentang tahapan-tahapan perancangan sistem, sampai diperoleh suatu diagram blok yang merupakan gambaran dari keseluruhan sistem sehingga dapat menjalankan fungsi yang kita inginkan.
BAB IV.
PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM Berisi tentang pengujian dan analisis sistem/rangkaian pada penelitian ini.
BAB V.
KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini merupakan penutup yang meliputi tentang kesimpulan dari pembahasan yang dilakukan dari tugas akhir ini serta saran apakah rangkaian ini dapat dibuat lebih efisien dan dikembangkan perakitannya pada suatu metode lain yang mempunyai sistem kerja yang sama.
Universitas Sumatera Utara
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Konsep Dasar
Sistem pendeteksi intensitas cahaya yang akan dirancang pada tugas akhir ini adalah sebuah sistem yang menggunakan sebuah mikrokontroler, dimana sistem ini berfungsi untuk mendeteksi tingkat intensitas cahaya di suatu ruangan. Intensitas cahaya yang akan di deteksi oleh TSL230 akan di kirimkan ke mikrokontroler untuk di proses dan kemudian hasilnya akan ditampilkan pada seven segmen. Sensor gerak yang dirancang akan mendeteksi adanya pergerakan memasuki dan meninggalkan ruangan.
Bila sensor gerak yang terhalangi adalah sensor infra merah yang pertama maka mikrokontroler akan mengenalinya sebagai pergerakan memasuki ruangan dan bila sensor yang terhalangi adalah sensor infra merah yang kedua maka mikrokontroler akan mengenalinya sebagai pergerakan meninggalkan ruangan. Selain itu juga digunakan LM393 sebagai zero detector, dimana komponen ini akan membandingkan tegangan AC dengan tegangan referensi nol volt.
Dalam sistem ini pengendali utama yang digunakan adalah mikrokontroler AT89S51. AT89S51 mempunyai konsumsi daya rendah, mikrokontroler 8-bit CMOS dengan 4K byte momori Flash ISP (in system programmable dapat diprogram didalam sistem). Mikrokontroler ini dibuat dengan teknologi memori nonvolatile kerapatan tinggi dan kompatibel dengan standart industri 8051, set instruksi dan pin keluaran. Flash yang berada didalam chip memungkinkan memori program untuk diprogram ulang pada saat chip didalam sistem atau dengan menggunakan. Programmer memori nonvolatile konvensional, dengan mengkombinasikan CPU 8 bit yang serbaguna
Universitas Sumatera Utara
dengan flash ISP pada chip, ATMEL 89S51 merupakan mikrokontroller yang luar biasa yang memberikan fleksibelitas yang tinggi.
2.2. Perangkat Keras
2.2.1. 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 massal (dalam jumlah banyak) sehingga harga menjadi lebih murah (dibandingkan mikroprosesor). Sebagai kebetuhan pasar, mikrokontroler 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 yang 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
Universitas Sumatera Utara
sekaligus system pengiriman data secara serial (melalui pemancar), yang semuanya itu bisa diperoleh dari mikrokontroler yang digunakan.
Tidak seperti sistem 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 PEROM) yang ukurannya relatif lebih besar, sedangkan RAM digunakan sebagai tempat penyimpanan sementara, termasuk register-register yang digunakan pada mikrokontroler yang bersangkutan.
2.2.2. Konstruksi AT89S51
Mikrokontrol AT89S51 hanya memerlukan tambahan 3 kapasitor, 1 resistor dan 1 kristal serta catu daya 5 Volt. Kapasitor 10 mikro-Farad dan resistor 10 Kilo Ohm dipakai untuk membentuk rangkaian reset. Dengan adanya rangkaian reset ini AT89S51 otomatis direset begitu rangkaian menerima catu daya. Kristal dengan frekuensi maksimum 24 MHz dan kapasitor 30 piko-Farad dipakai untuk melengkapi rangkaian oscilator pembentuk clock yang menentukan kecepatan kerja mikrokontroler.
Ada berbagai jenis ROM. Untuk mikrokontroler dengan progam yang sudah baku dan diproduksi secara masal, progam diisikan ke dalam ROM pada saat IC mikrokontroler dicetak di pabrik IC. Untuk keperluan tertentu mikrokontroler mengunakan ROM yang dapat diisi ulang atau Programble-Eraseable ROM yang disingkat menjadi PEROM atau PROM. Dulu banyak dipakai UV-EPROM (Ultra
Universitas Sumatera Utara
Violet Eraseable Progamble 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 mikrokontroler diisikan ke memori itu lewat bantuan alat yang dinamakan sebagai AT89S51 Flash PEROM Programmer. Memori Data yang disediakan dalam chip AT89S51 sebesar 128 byte, meskipun hanya kecil saja tapi untuk banyak keperluan memori kapasitas itu sudah cukup. Sarana Input/Ouput yang disediakan cukup banyak dan bervariasi. AT89S51 mempunyai 32 jalur Input/Ouput. Jalur Input/Ouput paralel dikenal sebagai Port 1 (P1.0..P1.7) dan Port 3 (P3.0..P3.5 dan P3.7).
AT89S51 dilengkapi UART (Universal Asyncronous Receiver/ Transmiter) yang biasa dipakai untuk komunikasi data secara seri. Jalur untuk komunikasi data seri (RXD dan TXD) diletakan berhimpitan dengan P1.0 dan P1.1 di kaki nomor 2 dan 3, sehingga kalau sarana input/ouput yang 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/ouput parelel 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 dengan P3.2 dan P3.3 sehingga tidak bisa dipakai sebagai jalur input/output parelel kalau INT0 dan INT1 dipakai untuk menerima sinyal interupsi.
Port1 dan 2, UART, Timer 0,Timer 1 dan sarana lainnya merupakan register yang secara fisik merupakan RAM khusus, yang ditempatkan di Special Functoin Regeister (SFR).
AT89S51 memiliki beberapa fitur sebagai berikut yaitu; kompatibel dengan keluarga mikrokontroller MCS – 51, 8 Kbyte In-system Programmable (ISP) flash memori dengan kemampuan 1000 kali baca/tulis, tegangan kerja 4-5 Volt, bekerja dengan rentang frekuensi 0 – 33 MHz, 256 x 8 bit RAM internal, 32 jalur I/O yang
Universitas Sumatera Utara
dapat deprogram, tiga buah 16-bit Timer / Counter, delapan sumber interrupt, saluran Full-Duplex Serial UART, watchdog timer, dual data pointer dan model pemograman ISP yang fleksibel ( Byte dan Page Mode ).
Konfigurasi pin mikrokontroler AT89S51 dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar 2.1. IC Mikrokontroler AT89S51
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.2. Diagram Blok AT89S51
Universitas Sumatera Utara
Deskripsi pin-pin pada mikrokontroler AT89S51 :
VCC (Pin 40) Suplai tegangan
GND (Pin 20) 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, port ini akan mempunyai internal pull up. Pada saat flash progamming diperlukan eksternal pull up, terutama pada saat verifikasi program.
Port 2 (Pin 21 – pin 28) Port 2 berfungsi sebagai I/O biasa atau high order address, pada saat mengakses memori 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 :
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.1 Fungsi masing-masing Pin pada Port 3
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 (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 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) Input untuk clock internal.
Universitas Sumatera Utara
XTAL2 (pin 18) Output dari osilator.
2.2.3. Photodioda
Photodioda biasanya digunakan untuk mendeteksi cahaya. Photodioda adalah piranti semikonduktor yang mengandung sambungan p-n, dan biasanya terdapat lapisan intrinsik antara lapisan n dan p. Piranti yang memiliki lapisan intrinsik disebut p-i-n atau PIN dioda. Cahaya diserap didaerah penyambungan atau daerah intrinsik menimbulkan pasangan elektron-hole, kebanyakan pasangan tersebut menghasilkan arus yang berasal dari cahaya. Mode operasi Photodioda dapat diopersaikan dalam 2 mode yang berbeda :
1. Mode Photovoltaik: seperti solar sel, penyerapan pada Photodioda menghasilkan tegangan yang dapat diukur. Bagaimanapun tegangan yang dihasilkan dari tenaga cahaya ini sedikit tidak linear, dan range perubahannya sangat kecil.
2. Mode Photokonduktivitas: disini, Photodioda diaplikasikan sebagai tegangan revers (tegangan balik) dari sebuah dioda (yaitu tegangan pada arah tersebut pada dioda tidak akan menghantarkan tanpa terkena cahaya) dan pengukuran menghasilkan arus Photodioda. Ketergantungan arus Photodioda pada kekuatan cahaya dapat sangat linear.
Karakteristik bahan photodioda : 1. Silikon(Si) : arus lemah saat gelap, kecepatan tinggi, sensitivitas yang bagus antara 400 nm sampai 1000 nm 2. Germanium(Ge) : arus tinggi saat gelap, kecepatan lambat, sensitivitas baik antara 600 nm sampai 1800
Universitas Sumatera Utara
2.2.4 Sensor cahaya Sensor cahaya yang digunakan akan digunakan tipe TSL230. Dimana tipe ini digolongkan kedalam silicon photodiode dan yang di dalamnya telah terpasang rangkaian yang akan mengubah output dari photodiode ke frekuensi. Sehingga output yang dihasilkan oleh sensor cahaya ini berupa frekuensi. Sensor cahaya ini juga dapat diaplikasikan untuk sensor warna RGB(merah, hijau dan biru). Dibawah ini adalah gambar diagram blok dari sensor cahaya tsl230:
Gambar 2.3. Diagram Blok TSL230 Adapun spesifikasi dari sensor yang akan digunakan adalah: - Tegangan kerja normal sebesar 5V - Tidak perlu komponen tambahan - Programmable sensitivity and full-scale output frequency - Dapat diantarmukakan langsung dengan mikrokontroler - Memiliki toleransi kesalahan output frekuensi sebesar +/- 5% - Nonlinearity error (typically 0.2% at 100kHz) - Bekerja pada suhu -25˚C hingga 70˚C - Dapat bekerja pada tegangan 2,7V
Universitas Sumatera Utara
2.2.5 Triac Pada rangkaian ini akan digunakan Triac BT139. Untuk tipe triac ini mampu melewatkan arus 16A dengan karekateristik tegangan block-nya sampai 600VAC. Triac merupakan komponen 3 elektroda: MT1, MT2, dan gate. Triac biasanya digunakan pada rangkaian pengendali, penyakelaran, dan rangkian pemicu/trigger.
Oleh karena aplikasi triac yang demikian luas maka komponen triac biasanya mempunyai dimensi yang besar dan mampu diaplikasikan pada tegangan 100V sampai 600V dengan arus beban dari 0.5A sampai 40A.
Gambar 2.4. Triac
Jika terminal MT1 dan MT2 diberi tegangan jala-jala PLN dan gate dalam kondisi mengambang maka tidak ada arus yang dilewatkan oleh triac (kondisi idel) sampai pada tegangan ‘break over’ triac tercapai. Kondisi ini dinamakan kondisi off triac. Apabila gate diberi arus positif atau negatif maka tegangan ‘break over’ ini akan turun. Semakin besar nilai arus yang masuk ke gate maka semakin rendah pula tegangan ‘break over’nya. Kondisi ini dinamakan sebagai kondisi on triac.
Apabila triac sudah ‘on’ maka triac akan dalam kondisi on selama tegangan pada MT1 dan MT2 di atas nol volt. Apabila tegangan pada MT1 dan MT2 sudah mencapai nol volt maka kondisi kerja triac akan berubah dari on ke off. Apabila triac
Universitas Sumatera Utara
sudah menjadi off kembali, triac akan selamanya off sampai ada arus trigger ke gate dan tegangan MT1 dan MT2 melebihi tegangan ‘break over’nya.
Gambar 2.5. Daerah Kerja Triac
2.2.6 Driver Triac Pada rangkaian ini digunakan driver triac tipe MOC3020, dimana komponen ini digolongkan pada tipe optocoupler yang merupakan piranti elektronika yang berfungsi sebagai pemisah antara rangkaian power dengan rangkaian control. Adapun gambar dari rangkaian optocoupler yang ada di dalam ic MOC3020 seperti dibawah ini:
Gambar 2.6. IC MOC3020 Optocoupler merupakan salah satu jenis komponen yang memanfaatkan sinar sebagai pemicu on/off-nya. Opto berarti optic dan coupler berarti pemicu. Sehingga
Universitas Sumatera Utara
bisa diartikan bahwa optocoupler merupakan suatu komponen yang bekerja berdasarkan picu cahaya optic, opto-coupler termasuk dalam sensor, dimana terdiri dari dua bagian yaitu transmitter dan receiver. Bagian pemancar atau transmitter dibangun dari sebuah led infra merah untuk mendapatkan ketahanan yang lebih baik daripada menggunakan led biasa. Sensor ini bisa digunakan sebagai isolator dari rangkaian tegangan rendah kerangkaian tegangan tinggi. Selain itu juga bisa dipakai sebagai pendeteksi adanya penghalang antara transmitter dan receiver dengan memberi ruang uji dibagian tengah antara led dengan photo transistor. Penggunaan ini bisa diterapkan untuk mendeteksi putaran motor atau mendeteksi lubang penanda disket pada disk drive computer.
Pada umumnya semua jenis optocoupler pada lembar datanya mampu dibebani tegangan sampai 7500 Volt tanpa terjadi kerusakan atau kebocoran. Biasanya dipasaran optocoupler tersedianya dengan type 4NXX atau MOC XXXX dengan X adalah angka part valuenya. Untuk type MOC3020 ini mempunyai tegangan isolasi sebesar 7500 Volt dengan kemampuan maksimal led dialiri arus fordward sebesar 60 mA. Namun besarnya arus led yang digunakan berkisar antara 15mA - 30 mA dan untuk menghubungkan-nya dengan tegangan +5 Volt diperlukan tahanan pembatas.
2.2.7 Op-Amp
OpAmp (Operasional Amplifiers) pada hakekatnya merupakan sejenis IC. Di dalamnya terdapat suatu rangkaian elektronik yang terdiri atas beberapa transistor, resistor atau dioda. Jikalau kepada IC jenis ini ditambahkan suatu jenis rangkaian, masukkan dan suatu jenis rangkaian umpan balik, maka IC ini dapat dipakai untuk mengerjakan berbagai operasi matematika, seperti menjumlah, mengurangi, membagi, mengali, mengintegrasi, dsb. Oleh karena itu IC jenis ini dinamakan penguat operasi atau operasional amplifier, disingkat OpAmp.
Namun demikian OpAmp dapat pula dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, misalnya sebagai penguat audio, pengatur nada, osilator atau pembangkit gelombang,
Universitas Sumatera Utara
sensor circuit, dsb. Dibawah ini adalah gambar diagram dari OpAmp yaitu sebagai berikut:
Gambar 2.7. Diagram Rangkaian OpAmp Salah satu fungsi OpAmp yaitu sebagai pembanding atau komparator, dimana rangkaian komparator atau pembanding dibagi atas 4 macam yaitu : a. Rangkaian pembanding 1 op-amp tanpa jendela input b. Rangkaian pembanding 1 op-amp dengan jendela input c. Rangkaian pembanding 2 op-amp dengan jendela input proses output luar d. Rangkaian pembanding 2 op-amp dengan jendela input proses output dalam Rangkaian pembanding dengan 1 op-amp tanpa jenjela input, artinya rangkaian komparator/pembanding yang hasilnya langsung dibandingkan dengan referensinya. Tegangan masukan yang bervariasi dibandingkan dengan tegangan masukan tetap berfungsi sebagai tegangan referensi. Jika tegangan masukan lebih tinggi dari tegangan referensi, maka keluaran negatif (-). Jika tegangan masukan lebih rendah dari tegangn referensi, maka keluaran positif (+).
Universitas Sumatera Utara
2.3. Perangkat Lunak
2.3.1. Bahasa Assembly MCS-51
Bahasa yang digunakan untuk memprogram IC mikrokontroler AT89S51 adalah bahasa assembly untuk MCS-51. angka 51 merupakan jumlah instruksi pada bahasa ini hanya ada 51 instruksi. Instruksi –instruksi tersebut antara lain :
1. Instruksi MOV Perintah ini merupakan perintah untuk mengisikan nilai ke alamat atau register tertentu. Pengisian nilai dapat secara langsung atau tidak langsung. Contoh pengisian nilai secara langsung MOV R0,#20h Perintah di atas berarti : isikan nilai 20 Heksadesimal ke register 0 (R0). Tanda # sebelum bilangan menunjukkan bahwa bilangan tersebut adalah nilai. Contoh pengisian nilai secara tidak langsung MOV 20h,#80h ........... ............ MOV R0,20h Perintah di atas berarti : isikan nilai yang terdapat pada alamat 20 Heksadesimal ke register 0 (R0). Tanpa tanda # sebelum bilangan menunjukkan bahwa bilangan tersebut adalah alamat.
2. Instruksi DJNZ Decreament Jump If Not Zero (DJNZ) ini merupakan perintah untuk mengurangi nilai register tertentu dengan 1 dan lompat jika hasil pengurangannya belum nol. Contoh , MOV R0,#80h Loop: ........... ............ DJNZ R0,Loop
Universitas Sumatera Utara
............
R0 -1, jika belum 0 lompat ke loop, jika R0 = 0 maka program akan meneruskan ke perintah pada baris berikutnya.
3. Instruksi ACALL Instruksi ini berfungsi untuk memanggil suatu rutin tertentu. Contoh : ............. ACALL TUNDA ............. TUNDA: .................
4. Instruksi RET Instruksi RETURN (RET) ini merupakan perintah untuk kembali ke rutin pemanggil setelah instruksi ACALL dilaksanakan. Contoh, ACALL TUNDA ............. TUNDA: ................. RET
5. Instruksi JMP (Jump) Instruksi ini merupakan perintah untuk lompat ke alamat tertentu. Contoh, Loop: ................. .............. JMP Loop
6. Instruksi JB (Jump if bit) Instruksi ini merupakan perintah untuk lompat ke alamat tertentu, jika pin yang dimaksud berlogika high (1). Contoh, Loop:
Universitas Sumatera Utara
JB P1.0,Loop .................
7. Instruksi JNB (Jump if Not bit) Instruksi ini merupakan perintah untuk lompat ke alamat tertentu, jika pin yang dimaksud berlogika Low (0). Contoh, Loop: JNB P1.0,Loop .................
8. Instruksi CJNZ (Compare Jump If Not Equal) Instruksi ini berfungsi untuk membandingkan nilai dalam suatu register dengan suatu nilai tertentu. Contoh, Loop: ................ CJNE R0,#20h,Loop ................ Jika nilai R0 tidak sama dengan 20h, maka program akan lompat ke rutin Loop. Jika nilai R0 sama dengan 20h,maka program akan melanjutkan instruksi selanjutnya..
9. Instruksi DEC (Decreament)
Instruksi ini merupakan perintah untuk mengurangi nilai register yang
dimaksud dengan 1. Contoh,
MOV R0,#20h R0 = 20h
................
DEC R0
R0 = R0 – 1
.............
10. Instruksi INC (Increament) Instruksi ini merupakan perintah untuk menambahkan nilai register yang dimaksud dengan 1. Contoh, MOV R0,#20h R0 = 20h
Universitas Sumatera Utara
................ INC R0 .............
R0 = R0 + 1
2.3.2. Software 8051 Editor, Assembler, Simulator (IDE)
Instruksi-instruksi yang merupakan bahasa assembly tersebut dituliskan pada sebuah editor, yaitu 8051 Editor, Assembler, Simulator (IDE). Tampilannya ISP software seperti di bawah ini.
Gambar 2.8. Atmel mikrokontroler ISP Software
Setelah program selesai ditulis, kemudian di-save dan kemudian di-Assemble (di-compile). Pada saat di-assemble akan tampil pesan peringatan dan kesalahan. Jika masih ada kesalahan atau peringatan, itu berarti ada kesalahan dalam penulisan perintah atau ada nama subrutin yang sama, sehingga harus diperbaiki terlebih dahulu sampai tidak ada pesan kesalahan lagi.
Software 8051IDE ini berfungsi untuk merubah program yang kita tuliskan ke dalam bilangan heksadesimal, proses perubahan ini terjadi pada saat peng-compile-an. Bilangan heksadesimal inilah yang akan dikirimkan ke mikrokontroller.
Universitas Sumatera Utara
BAB III PERANCANGAN
3.1 Blok Diagram Sistem Blok diagram merupakan penyederhanaan dari rangkaian yang menyatakan hubungan berurutan dari satu atau lebih rangkaian yang memiliki kesatuan kerja tersendiri. Setiap diagram blok mempunyai fungsi masing-masing. Adapun diagram blok dari sistem yang dirancang adalah seperti yang diperlihatkan pada gambar 3.1. berikut ini:
Gambar 3.1. Diagram Blok Diagram Berikut ini adalah prinsip kerja blok diagram, yaitu : 1. Sensor intensitas TSL230 berfungsi untuk mengubah intensitas cahaya yang mengenainya menjadi output frekuensi.
Universitas Sumatera Utara
2. Rangkaian zero detector berfungsi untuk mengetahui titik nol dari gelombang sinus tegangan listrik PLN, dengan demikian dapat di atur pengurangan daya dari tegangan PLN melalui pemotongan gelombang sinus tersebut.
3. LED Infra merah, berfungsi untuk memancarkan cahaya infra merah untuk mendeteksi adanya orang masuk. LED IR ini akan mengenai photodioda yang ada pada rangkaian penerima sinyal. Sehingga jika ada orang yang masuk, maka cahaya LED IR akan terhalang, tidak mengenai photodioda.
4. Rangkaian penerima IR ini berfungsi untuk mendeteksi ada/tidaknya cahaya IR. Dalam kondisi normal, maka cahaya IR akan mengenai rangkaian ini. Namun jika ada orang yang masuk atau keluar, maka cahaya IR akan terhalang, sehingga tidak mengenai photodioda yang ada pada rangkaian ini.
5. Mikrokontroler merupakan otak dari system, yang berfungsi untuk menerima sinyal input, untuk kemudian melakukan tindakan tertentu, sesuai dengan program yang diisikan di dalamnya.
6. Driver triac berfungsi untuk mengendalikan gate pada triac, sehingga menentukan aktif tidaknya triac. Triac menggunakan tegangan AC, sedangkan mikrokontroler menggunakan tegangan DC, dengan demikian agar mikrokontroler dapat mengendalikan triac, maka dibutuhkan driver ini.
7. Triac berfungsi untuk menentukan ON/OFF lampu beban dalam waktu yang cepat.
8. Display seven segmen berfungsi untuk menampilkan prioda setengah panjang gelombang dari frekuensi sensor intensitas yang digunakan.
3.2. Rangkaian Power Supplay (PSA)
Rangkaian ini berfungsi untuk mensupplay tegangan ke seluruh rangkaian yang ada. Rangkaian PSA yang dibuat terdiri dari satu keluaran, yaitu 5 volt, keluaran 5 volt digunakan untuk mensupplay tegangan ke rangkaian mikrokontroler, sensor intensitas atau sensor cahaya, rangkaian zero detector, rangkaian display, rangkaian penerima IR dan rangkaian driver triac. Rangkaian power supplay ditunjukkan pada gambar 3.2 berikut ini :
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.2. 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. Dioda berikutnya berfungsi untuk menahan arus yang ada pada regulator agar tidak balik jika terjadi penarikan arus sesaat dari tegangan 12 volt. Regulator tegangan 5 volt (7805) digunakan agar keluaran yang dihasilkan tetap 5 volt walaupun terjadi perubahan pada tegangan masukannya. LED hanya sebagai indikator apabila PSA dinyalakan. TIP42 berfungsi mensuplay arus, karena pada regulator 7805 arus telah dibatasi hanya 100 mA, sehingga regulator tidak panas.
3.3. Rangkaian Mikrokontroler AT89S51
Rangkaian ini merupakan otak dari system, yang berfungsi untuk menerima sinyal input, untuk kemudian melakukan tindakan tertentu, sesuai dengan program yang diisikan di dalamnya. 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:
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.3. Rangkaian mikrokontroler AT89S51
Mikrokontroler ini memiliki 32 port I/O, yaitu port 0, port 1, port 2 dan port 3. Pin 32 sampai 39 adalah Port 0 yang merupakan saluran/bus I/O 8 bit. Pin 1 sampai 8 adalah port 1. Pin 21 sampai 28 adalah port 2. Dan Pin 10 sampai 17 adalah port 3 Pin 40 dihubungkan ke sumber tegangan 5 volt. Dan pin 20 dihubungkan ke ground. Rangkaian mikrokontroler ini menggunakan komponen kristal 12 MHz sebagai sumber clocknya. Nilai kristal ini akan mempengaruhi kecepatan mikrokontroler dalam mengeksekusi suatu perintah tertentu.
Pada pin 9 dihubungkan dengan sebuah kapasitor 10 uF yang dihubungkan ke positip dan sebuah resistor 10 Kohm yang dihubungkan ke ground. Kedua komponen ini berfungsi agar program pada mikrokontroler dijalankan beberapa saat setelah power aktip. Lamanya waktu antara aktifnya power pada IC mikrokontroler dan aktipnya program adalah sebesar perkalian antara kapasitor dan resistor tersebut. Jika dihitung maka lama waktunya adalah :
t = R x C = 10 KΩ x 10 µF = 1m det ik Jadi 1 mili detik setelah power aktip pada IC kemudian program aktif.
Pada perancangan ini, Port 0, yaitu P0.0 dihubungkan ke rangkaian sensor penerima infra merah yang pertama atau ke sensor gerak yang akan mendeteksi orang
Universitas Sumatera Utara
keluar. P0.7 dihubungkan ke rangkaian driver triac. Pada Port 2, yaitu P2.0 dihubungkan ke rangkaian zero detector dan P2.1 dihubungkan ke rangkaian sensor cahaya tsl230. Port 3 yaitu P3.0 dan P3.1 dihubungkan ke rangkaian display seven segmen serta P3.3 dihubungkan ke rangkaian sensor penerima infra merah yang kedua atau ke sensor gerak yang akan mendeteksi orang masuk.
Pin 17 yang merupakan P3.7 dihubungkan dengan transistor dan sebuah LED. Ini dilakukan hanya untuk menguji apakah rangkaian minimum mikrokontroler AT89S51 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 terhubung ke pin 17 sudah bekerja sesuai dengan perintah yang diberikan, maka rangkaian minimum tersebut telah siap digunakan. Namun setelah seluruh rangkaian disatukan, LED yang terhubung ke pin 17 ini tidak digunakan lagi.
3.4. Rangkaian Sensor Intensitas TSL230 Rangkaian ini berfungsi untuk mengubah intensitas cahaya yang mengenainya menjadi output frekuensi. Rangkaian sensor TSL230 ditunjukkan pada gambar di bawah ini:
Gambar 3.4. Rangkaian Sensor Cahaya TSL230
Universitas Sumatera Utara
Pengaturan sensitifitas pada ic TSL230 dapat dilakukan seperti ditunjukkan
pada tabel 2.1. di bawah ini sebagai berikut:
Input (S0) Input (S1) Sensitifitas IC
Low Low
Power down
High
Low
1X
Low High
10X
High
High
100X
Tabel 3.1. Input pin sensitifitas pada TSL230
Dan pengaturan scaling input pin ditunjukkan pada tabel 2.2 yang ditunjukkan
dibawah ini sebagai berikut:
Input (S2) Input (S3) fo Scaling
Low Low
1
High
Low
2
Low High
10
High
High
100
Tabel 3.2. Input pin scaling pada TSL230
Pada pembuatan alat diatur sensitivity select inputs Pin 1 (S0 = H), pin 2 (S1 = L), dengan demikian sensitifitasnya 1 kali. Scaling select inputs pin 7 (S2 = H), pin8 (S3 = H), dengan demikian skala prioda yang diperoleh akan di bagi 100.
3.5. Rangkaian Zero Detector
Rangkaian zero detector yang digunakan dalam sistem ini menggunakan IC komparator LM393. Outputnya dihubungkan dengan kaki 21 (P2.0) pada mikrokontroler.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.5. Rangkaian zero detector
Saat fase positif komparator akan menghasilkan output high (Vcc) dan saat fase negatif akan menghasilkan output low (0 volt). Jadi outputnya adalah gelombang kotak dengan frekuensi sesuai dengan frekuensi AC-nya yaitu 50 Hz.
3.6. Rangkaian Sensor Gerak
Sensor gerak terdiri dari sebuah pemancar infra merah, dan sebuah rangkaian penerima infra merah. Pemancar infra merah dipasang berhadapan dengan rangkaian penerima yang dilengkapi dengan photodioda, jadi dalam keadaan biasa, maka pancaran sinar infra merah akan diterima oleh rangkaian penerima sehingga menghasilkan sinyal low yang dikirimkan ke mikrokontroler, dan mikrokontroler mengenali sinyal ini sebagai kondisi biasa (tidak ada orang yang akan melewati sensor).
Ketika ada orang yang melewati sensor, sehingga menghalangi pancaran sinar infra merah yang diterima oleh rangkaian penerima, maka untuk sesaat rangkaian penerima tidak menerima sinar infra merah. Keadaan ini akan diolah oleh rangkaian penerima sehingga menghasilkan sinyal high yang dikirimkan ke mikrokontroler dan mikrokontroler mengenali sinyal ini sebagai tanda adanya orang yang masuk atau keluar.
Universitas Sumatera Utara
Pada alat ini sensor gerak yang digunakan adalah sebuah pemancar infra merah, sebuah rangkaian penerima sinyal infra merah. Rangkaian pemancar infra merah tampak seperti gambar di bawah ini,
VCC 5V
18Ω
Infra Merah
Gambar 3.6. Rangkaian Pemancar infra merah
Pada rangkaian di atas digunakan sebuah LED infra merah yang diserikan dengan sebuah resistor 18 ohm. Resistor ini berfungsi untuk membatasi arus yang masuk ke LED infra merah agar LED infra merah tidak rusak. Resistor yang digunakan adalah 18 ohm sehingga arus yang mengalir pada LED infra merah adalah sebesar:
i = V −VLed = 5 − 1,7 = 3,3 = 0,183 Ampere R 18 18
Dengan besarnya arus yang mengalir ke LED infra merah, maka intensitas pancaran infra merah akan semakin kuat, yang menyebabkan jarak pancarannya akan semakin jauh.
Pancaran dari sinar infra merah akan diterima oleh photodioda, kemudian akan diolah oleh rangkaian penerima agar menghasilkan data biner, dimana jika photodioda menerima pancaran sinar infra merah maka output dari rangkaian penerima ini akan mengeluarkan logika low (0), namun jika photodioda tidak menerima pantulan sinar infra merah, maka output dari rangkaian penerima akan mengeluarkan logika high (1).
Universitas Sumatera Utara
Rangkaian penerima infra merah seperti gambar di bawah ini:
Gambar 3.7. Rangkaian Penerima sinar infra merah Photodioda memiliki hambatan sekitar 15 s/d 20 Mohm jika tidak terkena sinar infra merah, dan hambatannya akan berubah menjadi sekitar 80 s/d 300 Kohm jika terkena sinar infra merah tergantung dari besarnya intensitas yang mengenainya. Semakin besar intensitasnya, maka hambatannya semakin kecil. Pada rangkaian di atas, output dari photodioda diumpankan ke Op Amp 358 yang merupakan IC dual OP Amp untuk diperkuat. Dari Op Amp dihubungkan ke transistor C945 untuk menghasilkan data digital. 3.7. Rangkaian Driver Triac Driver triac yang digunakan adalah tipe MOC3020. Driver ini termasuk jenis optocoupler sehingga relatif aman jika terjadi ketidaknormalan pada bagian beban. Rangkaian driver ini ditunjukkan Gambar di bawah ini,
Universitas Sumatera Utara
Gambar 5 Driver Firing Triac MOC3020 Gambar 3.8. Rangkaian Driver Triac
Pengaktifan Triac melalui driver ini adalah dengan pulsa low yang berasal dari p0.7. Pada saat ada pulsa low (0 volt) pada kaki 2 maka akan terjadi beda potensial antara kaki 1 dan 2 sehingga arus mengalir dan dioda dalam MOC3020 memancarkan cahaya sehingga bilateral switch ON, arus mengalir dari kaki 6 ke 4 akan mengaktifkan Triac menjadi ON sehingga Triac dapat mengalirkan arus.
Fungsi resistor 180 ohm adalah untuk membatasi arus yang mengalir melalui dioda. Untuk bagian tegangan rendah (sebelah kiri) arus yang mengalir maksimum 30 mA. Apabila hambatan dioda dalam MOC3020 diabaikan maka arus yang mengalir dapat dihitung sebagai berikut.
I = 5/180 = 0,02778 A = 27,78 mA (masih di bawah nilai yang diizinkan) Arus 27,78 mA bagi mikrokontroler sudah dianggap besar, sehingga pengaktifan MOC3020 dengan active low agar mikrokontroler tidak melakukan sourcing.
3.9. Rangkaian Display Seven Segmen
Rangkaian display seven segmen ini berfungsi untuk menampilkan nilai dari hasil pengukuran temperatur. Rangkaian display seven segmen ditunjukkan pada gambar berikut ini :
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.9. Rangkaian Display Seven Segmen
Display ini menggunakan 3 buah seven segmen common anoda yang dihubungkan ke IC 4094 yang merupakan IC serial to paralel. IC ini akan merubah 8 bit data serial yang masuk menjadi keluaran 8 bit data paralel. Rangkaian ini dihubungkan dengan P3.0 dan P3.1 AT89S51. P3.0 merupakan fasilitas khusus pengiriman data serial yang disediakan oleh mikrokontroler AT89S51. Sedangkan P3.1 merupakan sinyal clock untuk pengiriman data serial.
Dengan menghubungkan P3.0 dengan IC serial to paralel (IC 4094), maka data serial yang dikirim akan diubah menjadi data paralel. Kemudian IC 4094 ini dihubungkan dengan seven segmen agar data tersebut dapat ditampilkan dalam bentuk angka. Seven segmen yang digunakan adalah tipe common anoda (aktip low), ini berarti segmen akan menyala jika diberi data low (0) dan segmen akan mati jika diberi data high (1).
Universitas Sumatera Utara
3.10. Diagram Alir Pemrograman
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Dibawah ini adalah program yang diisikan kedalam mikrokontroler AT89S51 sebagai berikut:
bil0 equ 21h bil1 equ 0edh bil2 equ 19h bil3 equ 89h bil4 equ 0c5h bil5 equ 83h bil6 equ 3h bil7 equ 0e9h bil8 equ 01h bil9 equ 81h
mov 70h,#0 mov 71h,#0 mov 72h,#0 mov 62h,#0 setb p0.7 mov sbuf,#0ffh jnb ti,$ clr ti mov sbuf,#0ffh jnb ti,$ clr ti mov sbuf,#0ffh jnb ti,$ clr ti acall tunda
Utama: mov 60h,#0
Universitas Sumatera Utara
mov 61h,#0 jnb p2.1,$ hitung: acall pulsa inc 60h jb p2.1, hitung
hasil: mov a,60h mov b,#100 div ab mov 72h,a mov a,b mov b,#1