BAB 2 LANDASAN TEORI - Perancangan Alat Uji Bahan Pengedap Suara Berbasis Mikrokontroller Atmega32
BAB 2 LANDASAN TEORI
2.1 Sound Level Sensor (Sensor Suara)
Sound Level Sensor adalah sensor yang cara kerjanya merubah besaran suara menjadi besaran listrik, dan dipasaran sudah begitu luas penggunaannya.
Komponen yang termasuk dalam Sensor suara yaitu electric condenser microphone atau mic kondenser. Prinsip kerja ECM adalah getaran suara yang diterima oleh dielectric berupa membran tipis di dalam ECM akan menyebabkan perubahan nilai kapasitasnya . Rangkaian Sound Level Sensor ( Sensor Suara ) terdiri dari beberapa komponen yaitu : 6 buah resistor ( 4K7, 100K, 220K, 100 dan 10K Ohm ), 4 buah kapasitor ( 470 dan 1 nF ), 3 buah transistor ( BC548B dan BC558B ), 1 buah diode 1N4148, 1 buah mic condenser dan 2 buah Trimpot ( 4K7 dan 50K ).
Gambar 2.1 Rangkaian Sensor Suara Adapun prinsip – prinsip agar kedapan suara menjadi maksimal, prinsip dasarnya disebut dengan prinsip insulin suara, agar mendapat kedap suara yang maksimal ialah: Prinsip 1: Massa Prinsip massa ini berkaitan dengan perilaku suara sebagai gelombang.
Apabila gelombang suara menumbuk suatu permukaan, maka dia akan menggetarkan permukaan ini. Semakin ringan permukaan, tentu saja semakin mudah digetarkan oleh gelombang suara dan sebaliknya, seperti halnya jika didorong troley kosong akan lebih ringan dibandingkan mendorong troley yang terisi penuh dengan batu bata. Tentu saja untuk membuat perubahan besar pada kinerja insulasi, perlu perubahan massa yang besar pula. Secara teoritis, dengan menggandakan massa dinding kita (tanpa rongga udara), akan meningkatkan kinerja insulasi sebesar 6 dB. Misalnya anda punya dinding drywall gypsum dengan single stud, maka setiap penambahan layer gypsum akan memberikan tambahan insulasi 4-5 dB.
Prinsip 2: Dekopling Mekanik
Prinsip dekopling ini adalah prinsip yang paling umum dikenal dalam konsep insulasi. Sound clips, resilient channel, staggered stud, dan double stud adalah beberap contoh aplikasinya. Pada prinsipnya dekopling mekanik dilakukan untuk menghalangi suara merambat dalam dinding, atau menghalangi getaran merambat dari permukaan dinding ke permukaan yang lain. Energi suara/getaran akan “hilang” oleh material lain atau udara yang ada diantara 2 permukaan. Yang seringkali dilupakan, dekopling mekanik ini merupakan fungsi dari frekuensi suara, karena pada saat kita membuat dekopling, kita menciptakan system resonansi., sehingga system dinding hanya akan bekerja jauh diatas frekuensi resonansi itu. Insulasi akan buruk kinerjanya pada frekuensi dibawah ½ oktaf frekuensi resonansi.
Prinsip 3: Absorpsi atau penyerapan energi suara Penggunaan bahan penyerap suara dengan cara disisipkan dalam system dinding insulasi akan meningkatkan kinerja insulasi, karena energi suara yang merambat melewati bahan penyerap akan diubah menjadi energi panas (utk menggetarkan partikel udara yang terperangkap dalam pori2 bahan penyerap.
Bahan penyerap ini juga akan menurunkan frekuensi resonansi system partisi/dinding yang di dekopling. Dan dapat dipahami bahwa insulasi atau sound tidak ditentukan semata oleh bahan penyerap apa yang diisikan dalam dinding. Jika menggunakan dinding sandwich konvensional (kedua permukaan dihubungkan oleh stud dan anda isi celah diantaranya dengan bahan penyerap suara, suara akan tetap dapat lewat melalui stud tanpa harus melalui bahan penyerap suara. Prinsip 4: Resonansi Prinsip ini bekerja bertentangan dengan prinsip 1, 2, dan 3, karena resonansi bersifat memudahkan terjadinya getaran. Bila getaran terjadi pada frekuensi yang sama dengan frekuensi resonansi system dinding anda, maka energi suara akan dengan mudah menembus dinding anda (seberapa tebal dan beratpun dinding anda). Ada 2 cara untuk mengendalikan resonansi ini: Redam resonansinya, sehingga amplituda energi yang sampai sisi
lain dinding akan sangat berkurang. Anda dapat menggunakan visco-elastic damping compund, tapi jangan gunakan Mass Loaded Vinyl.
Tekan frekuensi resonansi serendah mungkin dengan prinsip 1, 2 dan 3.
Prinsip 5: Konduksi
Suara adalah gelombang mekanik, sehingga apabila dinding terhubung secara mekanik kedua sisinya, maka suara akan dengan mudah merambat dari satu sisi ke sisi lainnya. Untuk mengendalikannya tentu saja harus memotong hubungan mekanis antara sisi satu dengan sisi yang lain, misalnya dengan dilatasi antar sisi, menyisipkan bahan lain yang memiliki karakter isolasi lebih tinggi (beda Impedansi Akustik atau tahanan akustik), menggunakan studs dengan cara zigzag, dan lain-lin. Konduksi ini juga yang seringkali menyumbangkan problem flangking suara antar ruang. (Itu sebabnya pemberian dekopling / dilatasi pada lantai dan langit-langit juga penting.
2.2 Mikrokontroller ATMEGA 32
Mikrokontrol ATMEGA32 hanya memerlukan tambahan kapasitor, resistor dan kristal serta catu daya 5 Volt. Kapasitor dan resistor dipakai untuk membentuk rangkaian reset. Dengan adanya rangkaian reset ini ATMEGA32 otomatis direset begitu rangkaian menerima catu daya. Kristal dengan frekuensi maksimum 12 MHz dan kapasitor dipakai untuk melengkapi rangkaian oscilator pembentuk clock yang menentukan kecepatan kerja mikrokontroler.
Memori merupakan bagian yang sangat penting pada mikrokontroler.Mikrokontroler memiliki dua macam memori yang sifatnya berbeda.Read Only Memory (ROM) yang isinya tidak berubah meskipun IC kehilangan catu daya.Sesuai dangan keperluannya, dalam susunan MCS-51 memori penyimpanan progam ini dinamakan sebagai memori progam.Random Access Memori (RAM) isinya akan sirna begitu IC kehilangan catu daya, dipakai untuk menyimpan data pada saat progam bekerja. RAM yang dipakai untuk menyimpan data ini disebut sebagai memori data.
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 Violet Eraseable Progamble ROM) yang kemudian dinilai mahal dan ditinggalkan setelah ada flash PEROM yang harganya jauh lebih murah.
Fungsi utama CPU Atmega32 adalah untuk memastikan pengeksekusian instruksi dilakukan dengan benar. Oleh karena itu CPU harus dapat mengakses memori, melakukan kalkulasi, mengontrol peripheral, dan menangani interupsi. Ada 32 buah General Purpose Register yang membantu ALU bekerja. Untuk operasi aritmatika dan logika, operand berasal dari dua buah general register dan hasil operasi ditulis kembali ke register. Status and Control berfungsi untuk menyimpan instruksi aritmatika yang baru saja dieksekusi. Informasi ini berguna untuk mengubah alur program saat mengeksekusi operasi kondisional. Instruksi di jemput dari flash memory.
Setiap byte flash memory pada Atmega32 memiliki alamat masing- masing. Alamat instruksi yang akan dieksekusi senantiasa disimpan Program Counter. Ketika terjadi interupsi atau pemanggilan rutin biasa, alamat di Program Counter disimpan terlebih dahulu di stack. Alamat interupsi atau rutin kemudian ditulis ke Program Counter, instruksi kemudian dijemput dan dieksekusi. Ketika CPU telah selesai mengeksekusi rutin interupsi atau rutin biasa, alamat yang ada di stack dibaca dan ditulis kembali ke Program Counter.CTC adalah salah satu mode Timer/Counter1, selain itu ada Normal mode, FastPWM mode, Phase Correct PWM mode.
Gambar 2.2 Fisik Mikrokontroller dengan menggunakan ATMEGA 322.2.1 Konfigurasi Pin Atmega32
Pinout IC mikrokontroler ATMega32 yang berpackage DIP dapat dilihat di bawah ini.
Gambar 2.3 Pin ATMEGA 32ATmega32 memiliki 40 Pin, yang masing-masing pin nya memiliki fungsi yang berbeda-beda baik sebagai port maupun fungsi yang lainnya. Berikut akan dijelaskan fungsi dari masing-masing kaki Atmega32.
Pin 1 sampai 8 ( Port B ) Merupakan port parallel 8 bit dua arah ( bidirectional ), yang dapat digunakan untuk general purpose dan special fiture
Pin 9 ( Reset ) Jika terdapat minimum pulse pada saat active low
Pin 10 ( VCC ) Merupakan supply tegangan digital yang dihubungkan ke VCC ( 2,7 – 5,5 Volt )
Pin 11 dan 31GND Dihubungkan ke Vss atau Ground
Pin 12 ( XTAL 2 ) Adalah pin masukan ke rangkaian osilator internal. Sebuah osilator Kristal atau sumber osilator luar dapat digunakan.
Pin 13 ( XTAL 1 ) Adalah pin keluaran ke rangkaian osilator interna. Pin ini dipakai bila menggunakan osilator Kristal.
Pin 14 sampai 21 ( Port D ) Adalah 8-bit dua arah ( bi-directional I/O ) port dengan internal pull-up resistors, digunakan untuk general purpose dan special feature.
Pin 22 sampai 29 ( Port C ) Adalah 8-bit dua arah ( bi-directional I/O ) port dengan internal pull-up resistors, digunakan untuk general purpose dan special feature.
Pin 30 ( Avcc ) Adalah Avcc pin penyuplai daya untuk port A dan A/D converter dan dihubungkan ke Vcc. Jika ADC digunakan maka pin ini dihubungkan ke Vcc.
Pin 32 ( A REF ) Merupakan pin referensi untuk analog jika A/D converter digunakan.
2.3 LCD (liquid crystal Display)
LCD digunakan untuk menampilkan hasil pengolahan data pada mikrokontroler dalam bentuk tulisan. Pada alat ini, mode pemrograman LCD yang digunakan adalah mode pemrograman 4 bit. Dengan demikian, pin data LCD yang dihubungkan ke mikrokontroler hanya pin D4, D5, D6, dan D7. Sedangkan untuk jalur kontrolnya, pin LCD yang dihubungkan adalah pin RS dan E. LCD pada alat ini hanya digunakan sebagai penampil, sehingga pin R/W-nya dihubungkan ke ground.
LCD (Liquid Crystal Display) adalah suatu jenis media tampilan yang menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. Pada LCD berwarna semacam monitor, terdapat banyak sekali titik cahaya (pixel) yang terdiri dari satu buah kristal cair sebagai suatu titik cahaya. Walaupun disebut sebagai titik cahaya, namun kristal cair ini tidak memancarkan cahaya sendiri. Sumber cahaya di dalam sebuah perangkat LCD adalah lampu neon berwarna putih di bagian belakang susunan kristal cair tadi. Titik cahaya yang jumlahnya puluhan ribu bahkan jutaan inilah yang membentuk tampilan citra. Kutub kristal cair yang dilewati arus listrik akan berubah karena pengaruh polarisasi medan magnetik yang timbul dan oleh karenanya akan hanya membiarkan beberapa warna diteruskan sedangkan warna lainnya tersaring.
Adapun fitur yang disajikan dalam LCD ini adalah : 1. Terdiri dari 16 karakter dan 2 baris.
2. Mempunyai 192 karakter tersimpan.
3. Terdapat karakter generator terprogram.
4. Dapat dialamati dengan mode 4-bit dan 8-bit.
5. Dilengkapi dengan back light.
Kegunaan LCD banyak sekali dalam perancangan suatu sistem dengan menggunakan mikrokontroler, LCD (Liquid Crysral Display) dapat berfungsi untuk menampilkan suatu nilai hasil sensor, menampilakan teks, atau menampilakan menu pada aplikasi mikrokontroler. M1632 merupakan modul LCD matrix dengan konfigurasi 16 karakter dan 2 baris dengan setiap karakternya dibentuk oleh baris pixel dan 5 kolom pixel (1 baris pixel terakhir adalah kursor).
Adapun konfigurasi dan deskripsi dari pin-pin LCD M1632 antara lain:
1. Pin 1 dihubungkan ke Gnd
2. Pin 2 dihubungkan ke Vcc +5V
3. Pin 3 dihubungkan ke bagian tegangan potensiometer 10KOhm sebagai pengatur kontras.
4. Pin 4 untuk membritahukan LCD bahwa sinyal yang dikirim adalah data, jika Pin 4 ini diset ke logika 1 (high, +5V), atau memberitahukan bahwa sinyal yang dikirim adalah perintah jika pin ini di set ke logika 0 (low, 0V).
5. Pin 5 digunakan untuk mengatur fungsi LCD. Jika di set ke logika 1 (high,
- 5V) maka LCD berfungsi untuk menerima data (membaca data). Dan fungsi untuk mengeluarkan data, jika pin ini di set ke logika 0 (low, 0V). Namun kebanyakan aplikasi hanya digunakan untuk menerima data, sehingga pin 5 ini selalu dihubungkan ke Gnd.
6. Pin 6 adalah terminal enable. Berlogika 1 setiap kali pengiriman atau pembaca data.
7. Pin 7 – Pin 14 adalah data 8 bit data bus (Aplikasi ini menggunakan 4 bit MSB saja, sehingga pin data yang digunkan hanya Pin 11 – Pin 14).
8. Pin 15 dan Pin 16 adalah tegangan untuk menyalakan lampu LCD.
Adapun gambar dari LCD 2x16 adalah sebagai berikut:
Gambar 3.6 Fisik LCD2.4 Bahasa Pemrograman CodeVisionAVR
Bahasa yang digunakan dalam CodeVisionAVR adalah bahasa C, Bahasa pemrograman C merupakan salah satu bahasa pemrograman komputer. Dibuat pada tahun 1972 oleh Dennis Ritchie untuk Sistem Operasi Unix di Bell Telephone Laboratories. Meskipun C dibuat untuk memprogram sistem dan jaringan komputer namun bahasa ini juga sering digunakan dalam mengembangkan software aplikasi. C juga banyak dipakai oleh berbagai jenis platform sistem operasi dan arsitektur komputer, bahkan terdapat beberepa compiler yang sangat populer telah tersedia.
2.5 Baterai
Baterai adalah alat listrik-kimiawi yang menyimpan energi dan mengeluarkan tenaganya dalam bentuk listrik. Sebuah baterai biasanya terdiri dari tiga komponen penting, yaitu: 1.
Batang karbon sebagai anode (kutub positif baterai)
2. Seng (Zn) sebagai katode (kutub negatif baterai) 3. Pasta sebagai elektrolit (penghantar)
Baterai yang digunakan pada mikrokontroller ini mempunyai tegangan listrik 8,4 volt, dan berbentuk kotak. Batrei ini dinamakan rechargeable battery, yaitu baterai yang dapat diisi ulang, seperti yang biasa terdapat pada telepon genggam.
Baterai sekali pakai disebut juga dengan baterai primer, sedangkan baterai isi ulang disebut dengan baterai sekunder. Dan kedua-duanya bersifat mengubah energi kimia menjadi energi listrik. Baterai primer hanya bisa dipakai sekali, karena menggunakan reaksi kimia yang bersifat tidak bisa dibalik (irreversible
reaction ). Sedangkan baterai sekunder dapat diisi ulang karena reaksi kimianya
bersifat bisa dibalik (reversible reaction).Gambar 2.5 Fisik Baterai Krisbow2.6 Frekuensi dalam Signal Generator
Frekuensi dalam signal generator menghasilkan suara. Suara adalah pemampatan mekanis atau gelombang longitudinal yang merambat melalui medium. Medium atau zat perantara ini dapat berupa zat cair, padat, gas. Jadi, gelombang bunyi dapat merambat misalnya di dalam air, batu bara, atau udara.
Kebanyakan suara adalah merupakan gabungan berbagai sinyal getar terdiri dari gelombang harmonis, tetapi suara murni secara teoritis dapat dijelaskan dengan kecepatan getar osilasi atau frekuensi yang diukur dalam satuan getaran Hertz (Hz) dan amplitudo atau kenyaringan bunyi dengan pengukuran dalam satuan tekanan suara desibel (dB).
Manusia mendengar bunyi saat gelombang bunyi, yaitu getaran di udara atau medium lain, sampai ke gendang telinga manusia. Batas frekuensi bunyi yang dapat didengar oleh telinga manusia berkisar antara 20 Hz sampai 20 kHz pada amplitudo berbagai variasi dalam kurva responsnya. Suara di atas 20 kHz disebut ultrasonik dan di bawah 20 Hz disebut infrasonik.
2.7 Program USB Downloader ISP
USB Downloader merupaan perangkat hardware / tools yang digunakan untuk mengisi firmware ke mikrokontroler AVR dan dapat dikatakan sebagai penghenal.
AVR USB Downloader memiliki interface USB yang memudahkan programmer jika ingin memprogram mikrokontroler melalui Laptop. AVR USB Downloader dapat digunakan dengan aplikasi external downloader seperti AVRDude, Khazama, atupun yang lainnya. Internet Service Provider (ISP) atau Penyelenggara Jasa Internet (PJI) adalah sebuah perusahaan atau sebuah organisasi yang menyediakan jasa layanan koneksi akses internet untuk perseorangan, perkantoran, kampus, sekolah, dan lain - lain.