Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Data Logger Parameter Panel Surya T1 612005054 BAB II
BAB II
DASAR TEORI
Bab ini menjelaskan konsep dan teori dasar yang mendukung perancangan dan
realisasi sistem. Penjelasan ini meliputi mikrokontroler AVR, perangkat sensor, radio
frequency, RTC (Real Time Clock ), dan MMC.
2.1. Mikrokontroler AVR ATMega32 [3]
AVR(Alf and Vegard’s Risc processor ) ATMega32 merupakan 8 bit
mikrokontroler berteknologi RISC (Reduce Instruction Set Computer ).
Gambar 2.1. Konfigurasi pin ATMega32 [3, h.2].
5
Tabel 2.1. Tabel konfigurasi pin ATMega32 [3, h.4-5].
Nomor
Nama
Keterangan
1-8
Port B(PB0-PB1)
8-bit port input output
9
Reset
Input reset
10
VCC
Input catu daya
11 dan 31
GND
Terhubung ke Ground
12 dan 13
XTAL2 dan XTAL1
Terhubung dengan Kristal oscilator
14-21
Port D (PD0-PD1)
8-bit port input output
22-29
Port C (PC0-PC1)
8-bit port input output
30
AVCC
Pin catu daya untuk Port A dan A/D converter
32
AREF
Pin referensi analog untuk A/D converter
33-40
Port A (PA0-PA1)
8-bit port input output dan dapat digunakan
sebagai pin A/D converter
Berikut adalah beberapa fitur yang ada pada ATMega32 :
Saluran input/output sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, dan
Port D.
ADC 10 bit sebanyak 8 saluran.
Mempunyai kapasitas EEPROM sebesar 1024Bytes.
2Kbytes Internal SRAM.
Memory flash sebesar 32Kbytes.
Port USART untuk komunikasi serial.
Beroperasi pada tegangan 4,5 V-5,5 V.
2.2. Perangkat Sensor
Pada tugas akhir ini sistem melakukan pengukuran terhadap tegangan, arus,
suhu, dan intensitas cahaya, maka digunakan empat sensor yang mendukung guna
mendapatkan data hasil pengukuran.
6
2.2.1.
Sensor Tegangan [4]
Pada tugas akhir ini digunakan pembagi tegangan sebagai sensor
tegangan. Rangkaian pembagi tegangan biasanya digunakan untuk membuat
suatu tegangan referensi dari sumber tegangan yang lebih besar, titik tegangan
referensi pada sensor, untuk memberikan bias pada rangkaian penguat atau pada
rangkaian penguat untuk member bias pada komponen aktif. Rangkaian
pembagi tegangan pada dasarnya dapat dibuat dengan dua buah resistor, contoh
rangkaian dasar pembagi tegangan dengan output Vo dari tegangan sumber Vi
menggunakan resistor pembagi tegangan R1 dan R2 seperti pada gambar berikut
:
Gambar 2.2. Rangkaian dasar pembagi tegangan.
Dari rangkaian pembagi tegangan diatas dapat dirumuskan tegangan
output Vo. Arus (I) mengalir pada R1 dan R2 sehingga nilai tegangan sumber Vi
adalah penjumlahan Vs dan Vo sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut :
(2.1)
Keterangan :
Vi = Tegangan masukkan (Volt).
Vo = Tegangan keluaran pada R2 (Volt).
Vs = Tegangan keluaran R1 (Volt).
i = Arus yang mengalir (Ampere).
R1 = beban pertama (ohm).
R2 = beban kedua (ohm).
7
Nampak bahwa tegangan keluaran terbagi menjadi dua bagian (Vo, Vs),
masing-masing sebanding dengan nilai resistor yang dikenai dengan tegangan
tersebut. Sehingga Vo dirumuskan sebagai berikut :
(2.2)
2.2.2.
Sensor Arus ACS712 [5]
Sensor arus ACS712 mempunyai fitur-fitur antara lain sebagai berikut :
Mempunyai hambatan yang kecil yaitu 1,2 mΩ.
Beroperasi pada level tegangan 5 V .
Faktor skala linear 185 mV/A.
Bisa digunakan untuk mendeteksi arus AC atau arus DC.
Gambar 2.3. Pin ACS712 [5, h.3]
Tabel 2.2. Konfigurasi pin ACS712 [5, h.3].
Nomor
Nama
Penjelasan
1 dan 2
IP+
Pin untuk mendeteksi arus
3 dan 4
IP-
Pin untuk mendeteksi arus
5
GND
Terhubung ke Ground
6
Filter
Pin yang dihubungkan pada kapasitor untuk
menentukan bandwidth pengukuran
7
VIOUT
8
VCC
Output dari arus yang sudah diukur
Input tegangan 5V
8
ACS712 mudah diaplikasikan sebagai sensor arus. Setiap kenaikan arus
1 A maka tegangan keluaran dari ACS712 akan naik sebesar 185 mV, begitu
juga dengan penurunan 1 A maka tegangan keluaran dari ACS712 juga akan
turun sebesar 185 mV.
2.2.3.
Sensor Intensitas Cahaya [6]
LDR (Light Dependent Resistor ) digunakan sebagai sensor pengukur
intensitas cahaya pada tugas akhir ini. Bila LDR menerima cahaya terang, maka
hambatan LDR menjadi rendah dan bila gelap hambatannya akan menjadi besar.
Vcc
LDR
Vo
R
Gambar 2.4. Untai LDR.
Dari gambar 2.4. tegangan keluaran (Vo) dirumuskan sebagai berikut :
(2.3)
Berdasarkan datasheet nilai resistansi LDR disaat gelap mencapai nilai 1
MΩ dan disaat terang (1000 lux) nilai resistansi LDR = 400 Ω.
Jika digunakan Vcc = 5 V dan R = 1 kΩ, maka tegangan keluaran Vo
disaat gelap menjadi :
Vo = 5 mV
9
Dengan menggunakan rumus perhitungan yang sama nilai tegangan
keluaran Vo disaat terang menjadi 3,57 V.
Dari nilai perhitungan, dapat dilihat bahwa jika LDR menerima cahaya
maka nilai keluaran Vo menjadi besar, dan jika LDR tidak mendapatkan cahaya
maka keluaran Vo menjadi kecil.
2.2.4.
Sensor Suhu LM35 [7]
Sensor suhu LM35 mempunyai fitur-fitur sebagai berikut :
Dikalibrasi secara langsung dalam
Factor skala linear
.
.
Beroperasi pada level tegangan antara 4 V sampai 30 V.
Gambar 2.5. Untai LM35 [7, h.2].
2.3. Radio frequency YS1020 [8]
Modul RF ( Radio Frequency ) YS1020 merupakan modul RF half duplex. Half
duplex pada modul RF ini berarti tidak bisa melakukan pengiriman dan penerimaan
data secara bersamaan, jadi saat modul RF melakukan pengiriman data maka
modul RF ini tidak bisa menerima data begitu juga sebaliknya. Modul RF YS1020
bisa langsung dihubungkan pada PC dengan antarmuka serial dan beroperasi pada
frequency 433 MHz dengan jarak jangkauan maksimum 500 meter line of sight.
10
Gambar 2.6. Modul radio frequency [8, h.1].
2.4. RTC [9]
RTC yang digunakan dalam skripsi ini adalah IC serial DS1307, yang
mempunyai konsumsi daya rendah. Jam dan tanggal pada IC ini menyediakan
informasi yang terdiri dari jam, menit, detik, tanggal, bulan, dan tahun yang valid
sampai dengan tahun 2100.
Gambar 2.7. Pin IC DS1307 [9, h.1].
Tabel 2.3. Konfigurasi pin IC DS1307 [9, h.1].
Nomor
Nama
Keterangan
1 dan 2
X1 dan X2
3
VBAT
Input baterai 3V
4
GND
Terhubung ke Ground
5
SDA
Serial Data
6
SCL
Serial Clock
7
SQW/OUT
8
VCC
Terhubung dengan Kristal oscillator 32,768Mhz
Keluaran gelombang kotak
Catu daya IC sebesar 5V
11
2.5. MMC [10]
MMC (Multi Media Card) biasanya digunakan untuk menyimpan data yang bisa
dibawa kemana saja, dan bisa diakses melalui PC (Personal Computer ). Dengan
MMC reader (bisanya berbentuk kotak kecil terhubung ke PC melalui kabel USB),
pengguna bisa mengambil data pada MMC.
Gambar 2.8. Contoh MMC [10].
12
DASAR TEORI
Bab ini menjelaskan konsep dan teori dasar yang mendukung perancangan dan
realisasi sistem. Penjelasan ini meliputi mikrokontroler AVR, perangkat sensor, radio
frequency, RTC (Real Time Clock ), dan MMC.
2.1. Mikrokontroler AVR ATMega32 [3]
AVR(Alf and Vegard’s Risc processor ) ATMega32 merupakan 8 bit
mikrokontroler berteknologi RISC (Reduce Instruction Set Computer ).
Gambar 2.1. Konfigurasi pin ATMega32 [3, h.2].
5
Tabel 2.1. Tabel konfigurasi pin ATMega32 [3, h.4-5].
Nomor
Nama
Keterangan
1-8
Port B(PB0-PB1)
8-bit port input output
9
Reset
Input reset
10
VCC
Input catu daya
11 dan 31
GND
Terhubung ke Ground
12 dan 13
XTAL2 dan XTAL1
Terhubung dengan Kristal oscilator
14-21
Port D (PD0-PD1)
8-bit port input output
22-29
Port C (PC0-PC1)
8-bit port input output
30
AVCC
Pin catu daya untuk Port A dan A/D converter
32
AREF
Pin referensi analog untuk A/D converter
33-40
Port A (PA0-PA1)
8-bit port input output dan dapat digunakan
sebagai pin A/D converter
Berikut adalah beberapa fitur yang ada pada ATMega32 :
Saluran input/output sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, dan
Port D.
ADC 10 bit sebanyak 8 saluran.
Mempunyai kapasitas EEPROM sebesar 1024Bytes.
2Kbytes Internal SRAM.
Memory flash sebesar 32Kbytes.
Port USART untuk komunikasi serial.
Beroperasi pada tegangan 4,5 V-5,5 V.
2.2. Perangkat Sensor
Pada tugas akhir ini sistem melakukan pengukuran terhadap tegangan, arus,
suhu, dan intensitas cahaya, maka digunakan empat sensor yang mendukung guna
mendapatkan data hasil pengukuran.
6
2.2.1.
Sensor Tegangan [4]
Pada tugas akhir ini digunakan pembagi tegangan sebagai sensor
tegangan. Rangkaian pembagi tegangan biasanya digunakan untuk membuat
suatu tegangan referensi dari sumber tegangan yang lebih besar, titik tegangan
referensi pada sensor, untuk memberikan bias pada rangkaian penguat atau pada
rangkaian penguat untuk member bias pada komponen aktif. Rangkaian
pembagi tegangan pada dasarnya dapat dibuat dengan dua buah resistor, contoh
rangkaian dasar pembagi tegangan dengan output Vo dari tegangan sumber Vi
menggunakan resistor pembagi tegangan R1 dan R2 seperti pada gambar berikut
:
Gambar 2.2. Rangkaian dasar pembagi tegangan.
Dari rangkaian pembagi tegangan diatas dapat dirumuskan tegangan
output Vo. Arus (I) mengalir pada R1 dan R2 sehingga nilai tegangan sumber Vi
adalah penjumlahan Vs dan Vo sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut :
(2.1)
Keterangan :
Vi = Tegangan masukkan (Volt).
Vo = Tegangan keluaran pada R2 (Volt).
Vs = Tegangan keluaran R1 (Volt).
i = Arus yang mengalir (Ampere).
R1 = beban pertama (ohm).
R2 = beban kedua (ohm).
7
Nampak bahwa tegangan keluaran terbagi menjadi dua bagian (Vo, Vs),
masing-masing sebanding dengan nilai resistor yang dikenai dengan tegangan
tersebut. Sehingga Vo dirumuskan sebagai berikut :
(2.2)
2.2.2.
Sensor Arus ACS712 [5]
Sensor arus ACS712 mempunyai fitur-fitur antara lain sebagai berikut :
Mempunyai hambatan yang kecil yaitu 1,2 mΩ.
Beroperasi pada level tegangan 5 V .
Faktor skala linear 185 mV/A.
Bisa digunakan untuk mendeteksi arus AC atau arus DC.
Gambar 2.3. Pin ACS712 [5, h.3]
Tabel 2.2. Konfigurasi pin ACS712 [5, h.3].
Nomor
Nama
Penjelasan
1 dan 2
IP+
Pin untuk mendeteksi arus
3 dan 4
IP-
Pin untuk mendeteksi arus
5
GND
Terhubung ke Ground
6
Filter
Pin yang dihubungkan pada kapasitor untuk
menentukan bandwidth pengukuran
7
VIOUT
8
VCC
Output dari arus yang sudah diukur
Input tegangan 5V
8
ACS712 mudah diaplikasikan sebagai sensor arus. Setiap kenaikan arus
1 A maka tegangan keluaran dari ACS712 akan naik sebesar 185 mV, begitu
juga dengan penurunan 1 A maka tegangan keluaran dari ACS712 juga akan
turun sebesar 185 mV.
2.2.3.
Sensor Intensitas Cahaya [6]
LDR (Light Dependent Resistor ) digunakan sebagai sensor pengukur
intensitas cahaya pada tugas akhir ini. Bila LDR menerima cahaya terang, maka
hambatan LDR menjadi rendah dan bila gelap hambatannya akan menjadi besar.
Vcc
LDR
Vo
R
Gambar 2.4. Untai LDR.
Dari gambar 2.4. tegangan keluaran (Vo) dirumuskan sebagai berikut :
(2.3)
Berdasarkan datasheet nilai resistansi LDR disaat gelap mencapai nilai 1
MΩ dan disaat terang (1000 lux) nilai resistansi LDR = 400 Ω.
Jika digunakan Vcc = 5 V dan R = 1 kΩ, maka tegangan keluaran Vo
disaat gelap menjadi :
Vo = 5 mV
9
Dengan menggunakan rumus perhitungan yang sama nilai tegangan
keluaran Vo disaat terang menjadi 3,57 V.
Dari nilai perhitungan, dapat dilihat bahwa jika LDR menerima cahaya
maka nilai keluaran Vo menjadi besar, dan jika LDR tidak mendapatkan cahaya
maka keluaran Vo menjadi kecil.
2.2.4.
Sensor Suhu LM35 [7]
Sensor suhu LM35 mempunyai fitur-fitur sebagai berikut :
Dikalibrasi secara langsung dalam
Factor skala linear
.
.
Beroperasi pada level tegangan antara 4 V sampai 30 V.
Gambar 2.5. Untai LM35 [7, h.2].
2.3. Radio frequency YS1020 [8]
Modul RF ( Radio Frequency ) YS1020 merupakan modul RF half duplex. Half
duplex pada modul RF ini berarti tidak bisa melakukan pengiriman dan penerimaan
data secara bersamaan, jadi saat modul RF melakukan pengiriman data maka
modul RF ini tidak bisa menerima data begitu juga sebaliknya. Modul RF YS1020
bisa langsung dihubungkan pada PC dengan antarmuka serial dan beroperasi pada
frequency 433 MHz dengan jarak jangkauan maksimum 500 meter line of sight.
10
Gambar 2.6. Modul radio frequency [8, h.1].
2.4. RTC [9]
RTC yang digunakan dalam skripsi ini adalah IC serial DS1307, yang
mempunyai konsumsi daya rendah. Jam dan tanggal pada IC ini menyediakan
informasi yang terdiri dari jam, menit, detik, tanggal, bulan, dan tahun yang valid
sampai dengan tahun 2100.
Gambar 2.7. Pin IC DS1307 [9, h.1].
Tabel 2.3. Konfigurasi pin IC DS1307 [9, h.1].
Nomor
Nama
Keterangan
1 dan 2
X1 dan X2
3
VBAT
Input baterai 3V
4
GND
Terhubung ke Ground
5
SDA
Serial Data
6
SCL
Serial Clock
7
SQW/OUT
8
VCC
Terhubung dengan Kristal oscillator 32,768Mhz
Keluaran gelombang kotak
Catu daya IC sebesar 5V
11
2.5. MMC [10]
MMC (Multi Media Card) biasanya digunakan untuk menyimpan data yang bisa
dibawa kemana saja, dan bisa diakses melalui PC (Personal Computer ). Dengan
MMC reader (bisanya berbentuk kotak kecil terhubung ke PC melalui kabel USB),
pengguna bisa mengambil data pada MMC.
Gambar 2.8. Contoh MMC [10].
12