BAB II
LANDASAN TEORI
Landasan teori sangat membantu untuk dapat memahami suatu sistem. Selain dari pada itu dapat juga dijadikan sebagai bahan acuan didalam merencanakan suatu
system. Dengan pertimbangan hal-hal tersebut, maka landasan teori merupakan bagian yang harus dipahami untuk pembahasan selanjutnya. Pengetahuan yang mendukung
perencanaan dan realisasi alat meliputi pengukuran alkohol, mikrokontroler ATMega 16, sensor suhu MQ-3, LCD dan program
2.1 Alkohol
Alkohol adalah zat penekan susunan syaraf pusat meskipun dalam jumlah kecil mungkin mempunyai efek stimulasi ringan Alkohol sering dipakai untuk menyebut
etanol, yang sering juga disebut grain alcohol; dan kadang untuk minuman yang mengandung alkohol. Hal ini disebabkan karena memang etanol yang digunakan
sebagian bahan dasar pada minuman tersebut, bukan metanol, atau group alkhol lainnya. Begitu juga dengan alkohol yang digunakan untuk dalam dunia farmasi. Alkohol yang
dimaksudn adalah etanol. Etanol disebut juga etil alkohol, alkohol murni, alkohol absolut, atau alkohol
saja, adalah sejenis cairan yang mudah menguap, mudah terbakar, tak berwarna, dan merupakan alkohol yang paling sering digunakan dalam sehari-hari. Senyawa ini
merupakan obat psikopatif dan dapat ditemukan pada minuman berakohol dan termometer modern. Etanol adalah salah satu obat rekreasi paling tua. Alkohol murni
Universitas Sumatera Utara
tidaklah dikonsumsi manusia, yang sering dikonsumsi adalah minuman yang mengandung bahan sejenis alkohol, biasanya adalah ethyl alcohol atau ethanol. Bahan
ini dihasilkan dari proses fermentasi gula yang dikandung dari malt dan beberapa buah- buahan seperti hop, anggur dan sebagainya.
2.2 Sensor Alkohol
Sebenarnya sensor secara umum didefinisikan sebagai alat yang mampu menangkap fenomena fisika atau kimia kemudian mengubahnya menjadi sinyal elektrik
baik arus listrik ataupun tegangan. Fenomena fisik yang mampu menstimulus sensor untuk menghasilkan sinyal elektrik meliputi temperatur, tekanan, gaya, medan
magnet,cahaya, pergerakan dan sebagainya. Sementara fenomena kimia dapat berupa konsentrasi dari bahan kimia baik cairan maupun gas.
Jika konsentrasi gas menurun, proses deoksidasi akan terjadi, rapat permukaan dari muatan negatif oksigen akan berkurang, dan mengakibatkan menurunnya ketinggian
penghalang dari daerah sambungan.
Gambar 2.1 Ilustrasi Ketika Terdeteksi Adanya Gas Alkohol Sensor gas MQ-3 merupakan salah satu sensor utama dalam penelitian ini.
Sensor ini merupakan sebuah sensor kimia atau sensor gas. Sensor ini mempunyai nilai resistansi Rs yang akan berubah bila terkena gas di udara yaitu gas metana dan ethanol.
Universitas Sumatera Utara
Sensor MQ-3 mempunyai tingkat sensitivitas yang tinggi terhadap dua jenis gas tersebut. Jika sensor tersebut mendeteksi keberadaan gas-gas tersebut di udara dengan
tingkat konsentrasi tertentu, maka sensor akan menganggap terdapat gas alkohol di udara. Dan ketika sensor mendeteksi keberadaan gas-gas tersebut maka resistansi
elektrik sensor tesebut akan menurun yang menyebakan tegangan yang dihasilkan oleh output sensor akan semakin besar. Selain itu, sensor juga mempunyai sebuahpemanas
heater yang digunakan untuk membersihkan ruangan sensor dari kontaminasi udara luar agar sensor dapat bekerja kembali secara efektif.
Gambar 2.2 Lapisan Bahan Dalam Sensor Alkohol Gas Sensor MQ-3 merupakan sensor alkohol yang cocok untuk
mendeteksi kadar alkohol secara langsung, misal pada nafas kita. Sensor alkohol MQ-3 memiliki sensitivitas tinggi dan waktu respon yang cepat. Rangkaian driver untuk
sensor alkohol MQ-3 ini sangat sederhana, hanya perlu 1 buah variabel resistor.
Universitas Sumatera Utara
Outputdari Sensor alkohol MQ-3 ini berupa tegangan analog yang sebanding dengan kadar alkohol yang diterima. Antarmuka yang diperlukan cukup sederhana, bisa
menggunakan ADC yang dapat merespon tegangan 0 volt – 3,3 volt saja. Nilai resistor yang dipasang harus dibedakan untuk berbagai jenis konsentrasi gas. Jadi perlu
dikalibrasi untuk 0,4mgL sekitar 200ppm konsentrasi alkohol di udara dan resistansi pada output sekitar 200K 100K sampai 470K.
Gambar 2.3 Rangkaian dan Gambar Alkohol Gas Sensor MQ-3
Spesifikasi dari alkohol gas sensor MQ-3 adalah : 1. Sensitivitas terhadap kadar alkohol tinggi dan rendah.
2. Respon yang cepat dan sensitivitas tinggi. 3. Stabil dan tahan lama.
4. Tegangan sumber 5V DC atau AC. 5. Suhu operasi -10 sampai 70
o
C. 6. Konsumsi daya kurang dari 750mW.
Adapun prinsip kerja dari sensor ini adalah sebagai berikut, Sensor gas MQ-3 hanya terdiri dari sebuah lapisan silikon dan dua buah elektroda pada masing-masing
sisi silikon. Hal ini akan menghasilkan perbedaan tegangan pada outputnya ketika
Universitas Sumatera Utara
lapisan silikon ini dialiri oleh arus listrik. Tanpa adanya gas alkohol yang terdeteksi, arus yang mengalir pada silikon akan tepat berada ditengah-tengah silikon dan
menghasilkan tegangan yang sama antara elektroda sebelah kiri dan elektroda sebelah kanan, sehingga beda tegangan yang dihasilkan pada output adalah sebesar 0 volt.
Gambar Prinsip kerja sensor, saat tidak ada gas alkohol yang terdeteksi
SE\
Gambar 2.4Prinsip Kerja Sensor Ketika terdapat gas alkohol yang mempengaruhi sensor ini, arus yang mengalir akan
berbelok mendekati atau menjauhi salah satu sisi silikon. Ketika arus yang melalui lapisan silikon tersebut mendekati sisi silikon sebelah kiri maka terjadi
ketidakseimbangan tegangan output dan hal ini akan menghasilkan beda tegangan di outputnya. Begitu pula bila arus yang melalui lapisan silikon tersebut mendekati sisi
silikon sebelah kanan. Semakin besar konsentrasi gas yang mempengaruhi sensor ini, pembelokan arus di dalam lapisan silikon juga semakin besar, sehingga
ketidakseimbangan tegangan antara kedua sisi lapisan silikon pada sensor semakin besar pula. Semakin besar ketidakseimbangan tegangan ini, beda tegangan pada output juga
sangat besar.
Universitas Sumatera Utara
2.3Mikrokontroller Atmega16
Mikrokontroler sesuai namanya adalah suatu alat atau komponen pengontrol atau pengendali yang berukuran mikro atau kecil. Sebelum ada mikrokontroler, telah ada
terlebih dahulu muncul mikroprosesor. Bila dibandingkan dengan mikroprosesor, mikrokontroler jauh lebih unggul karena terdapat berbagai alasan, diantaranya :
a. Tersedianya IO IO dalam mikrokontroler sudah tersedia sementara pada mikroprosesor
dibutuhkan IC tambahan untuk menangani IO tersebut. IC IO yang dimaksud adalah PPI 8255.
b. Memori Internal Memori merupakan media untuk menyimpan program dan data sehingga mutlak
harus ada. Mikroprosesor belum memiliki memori internal sehingga memerlukan IC memori eksternal. Dengan kelebihan-kelebihan di atas, ditambah dengan harganya yang
relatif murah sehingga banyak penggemar elektronika yang kemudian beralih ke mikrokontroler. Namun demikian, meski memiliki berbagai kelemahan, mikroprosesor
tetap digunakan sebagai dasar dalam mempelajari mikrokontroler. Inti kerja dari keduanya adalah sama, yakni sebagai pengendali suatu sistem.
Mikrokontroler adalah otak dari suatu sistem elektronika seperti halnya mikroprosesor sebagai otak komputer. Namun mikrokontroler memiliki nilai tambah
karena didalamnya sudah terdapat memori dan sistem inputoutput dalam suatu kemasan IC. Mikrokontroler AVR Alf and Vegard’s RISC processor standar memiliki arsitektur
8-bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16- bit dan sebagian besar instruksi
Universitas Sumatera Utara
dieksekusi dalam satu siklus clock. Berbeda dengan instruksi MCS-51 yang membutuhkan 12 siklus clock karena memiliki arsitektur CISC seperti komputer.
2.3.1Arsitektur ATmega16
Gambar 2.5 Blok Diagram ATMega16
Universitas Sumatera Utara
Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa Atmega16 memiliki bagian sebagai berikut : 1.
Saluran IO sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, PortD.
2. ADC 10 bit sebanyak 8 saluran.
3. Tiga buah TimerCounter dengan kemampuan pembandingan.
4. CPU yang terdiri atas 32 buah register.
5. Watchdog Timer dengan osilator internal.
6. SRAM sebesar 512 byte.
7. Memori Flash sebesar 8 kb dengan kemampuan Read While
Write. 8.
Unit interupsi internal dan eksternal. 9.
Port antarmuka SPI. 10.
EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi. 11.
Antarmuka komparator analog. 12.
Port USART untuk komunikasi serial
Secara umum, AVR dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas, yaitu keluarga ATTiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega dan AT89RFxx. Pada dasarnya yang
membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral, dan fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan, mereka bisa dikatakan hampir sama. Oleh
karena itu, dipergunakan salah satu AVR produk Atmel, yaitu Atmega16. Selain mudah didapatkan dan lebih murah Atmega8535 juga memiliki fasilitas yang lengkap.
Untuk tipe AVR ada 3 jenis yaitu ATTiny, AVR klasik, dan ATMega. Perbedaannya hanya pada fasilitas dan IO yang tersedia serta fasilitas lain seperti ADC,
Universitas Sumatera Utara
EEPROM, dan lain sebagainya. Salah satu contohnya adalah ATMega 16. Memiliki teknologi RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz membuat ATMega 16 lebih cepat
bila dibandingkan dengan varian MCS51. Dengan fasilitas yang lengkap tersebut menjadikan Atmega16 sebagai mikrokontroler yang powerfull. Adapun blok
diagramnya sebagai berikut :
2.3.2Konfigurasi PIN Atmega16
Gambar 2.6 Konfigurasi Pin ATMega16 Mikrokontroler Atmega16 mempunyai jumlah pin sebanyak 40 buah, dimana 32
pin digunakan untuk keperluan port IO yang dapat menjadi pin inputoutput sesuai konfigurasi. Pada 32 pin tersebut terbagi atas 4 bagian port, yang masing-masingnya
terdiri atas 8 pin. Pin-pin lainnya digunakan untuk keperluan rangkaian osilator, supply tegangan, reset, serta tegangan referensi untuk ADC. Untuk lebih jelasnya,konfigurasi
pin Atmega16 dapat dilihat pada gambar 2.5. Berikut ini adalah susunan pin-pin dari Atmega16;
•
VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukkan catu daya
Universitas Sumatera Utara
•
GND merupakan pin ground
•
Port A PA0..PA7 merupakan pin IO dua arah dan pin masukan ADC
•
Port B PB0..PB7 merupakan pin IO dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu TimerCounter, Komparator Analog, dan SPI
•
Port C PC0..PC7 merupakan pin IO dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu TWI, Komparator Analog, dan Timer Oscilator
•
Port D PD0..PD7 merupakan pin IO dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu Komparator Analog, Interupsi Iksternal dan komunikasi serial USART
•
Reset merupakan pin yang digunakan untuk mereset mikrokontroler
•
XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukkan clock eksternal osilator menggunakan kristal, biasanya dengan frekuensi 11,0592 MHz.
2.4 LCD12x16
LCD Liquid Crystal Display adalah modul penampil yang banyak digunakan karena tampilannya menarik. LCD yang paling banyak digunakan saat ini ialah tipe
LCD 16×2 M1632 karena harganya cukup murah. LCD 16×2
LCD karakter 2x16 digunakan untuk menampilkan persentase kadar alkohol. M1632 merupakan modul
LCD dengan tampilan 2×16 2 baris x 16 kolom dengan konsumsi daya rendah.
Gambar 2.7 LCD Karakter 2x16 Adapun fungsi dari masing-masing konfigurasi pi pada LCD karakter 2x16
yaituseperti pada table berikut:Tabel
Universitas Sumatera Utara
2.1. Fungsi Pin LCD karakter 2x16 Pin Nama
Fungsi 1
VSS Ground Voltage
2 VCC
+5V 3
VEE Contrast Voltage
4 RS
Register Select 0= Intruction Register
1=Read Mode 5
RW Read Write, to choose write or read mode
0=Write Mode 1=Read Mode
6 E
Enable 0= start to lacth to LCD character
1=Desible 7
DB0 LSB
8 DB1
- 9
DB2 -
10 DB3
- 11
DB4 -
12 DB5
- 13
DB6 -
14 DB7
MSB
Universitas Sumatera Utara
2.5CodevisionAVR
CodeVisionAVR merupakan sebuah cross-compiler C, Integrated Development Environtment IDE, dan Automatic Program Generator yang didesain untuk
mikrokontroler buatan Atmel seri AVR. CodeVisionAVR dapat dijalankan pada sistem operasi Windows 95, 98, Me, NT4, 2000, dan XP. Cross-compiler C mampu
menerjemahkan hampir semua perintah dari bahasa ANSI C, sejauh yang diijinkan oleh arsitektur dari AVR, dengan tambahan beberapa fitur untuk mengambil kelebihan
khusus dari arsitektur AVR dan kebutuhan pada sistem embedded. File object COFF hasil kompilasi dapat digunakan untuk keperluan debugging
pada tingkatan C, dengan pengamatan variabel, menggunakan debugger Atmel AVR Studio. IDE mempunyai fasilitas internal berupa software AVR Chip In-System
Programmer yang memungkinkan Anda untuk melakukan transfer program kedalam chip mikrokontroler setelah sukses melakukan kompilasiasembli secara otomatis.
Software In-System Programmer didesain untuk bekerja dengan Atmel STK500AVRISPAVRProg, Kanda Systems STK200+300, Dontronics DT006, Vogel
Elektronik VTEC-ISP, Futurlec JRAVR dan MicroTronics ATCPUMega2000 programmersdevelopment boards. Untuk keperluan debugging sistem embedded, yang
menggunakan komunikasi serial, IDE mempunyai fasilitas internal berupa sebuah Terminal. Selain library standar C, CodeVisionAVR juga mempunyai library tertentu
untuk: 15
BPL Back Plane Light
16 GND
Ground Voltage
Universitas Sumatera Utara
• Modul LCD alphanumeric • Bus I2C dari Philips
• Sensor Suhu LM75 dari National Semiconductor • Real-Time Clock: PCF8563, PCF8583 dari Philips, DS1302 dan DS1307 dari
MaximDallas Semiconductor • Protokol 1-Wire dari MaximDallas Semiconductor
• Sensor Suhu DS1820, DS18S20, dan DS18B20 dari MaximDallas Semiconductor
• TermometerTermostat DS1621 dari MaximDallas Semiconductor • EEPROM DS2430 dan DS2433 dari MaximDallas Semiconductor
• SPI • Power Management
• Delay • Konversi ke Kode Gray
CodeVisionAVR juga mempunyai Automatic Program Generator bernama CodeWizardAVR, yang mengujinkan Anda untuk menulis, dalam hitungan menit,
semua instruksi yang diperlukan untuk membuat fungsi-fungsi berikut: • Set-up akses memori eksternal
• Inisialisasi port inputoutput • Inisialisasi interupsi eksternal
• Inisialisasi TimerCounter • Inisialisasi Watchdog-Timer
Universitas Sumatera Utara
• Inisialisasi UART USART dan komunikasi serial berbasis buffer yang digerakkan oleh interupsi
• Inisialisasi Pembanding Analog • Inisialisasi ADC
• Inisialisasi Antarmuka SPI • Inisialisasi Antarmuka Two-Wire
• Inisialisasi Antarmuka CAN\ • Inisialisasi Bus I2C, Sensor Suhu LM75, ThermometerThermostat DS1621 dan
Real-Time Clock PCF8563, PCF8583, DS1302, dan DS1307 • Inisialisasi Bus 1-Wire dan Sensor Suhu DS1820, DS18S20
• Inisialisasi modul LCD
2.6 Kipas Angin
