BAB II LANDASAN TEORI - Perancangan Alat Pengukuran Debit Air Menggunakan Water Flow Sensor G1/2 Berbasis Mikrokontroler Atmega 8535
BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Definisi Debit
Debit aliran merupakan jumlah volume air yang mengalir dalam waktu tertentu melalui suatu penampang air, sungai, saluran, pipa atau kran. Aliran air dikatakan memiliki sifat ideal apabila air tidak dapat dimanfaatkan dan berpindah tanpa mengalami gesekan, hal ini berarti pada gerakan air tersebut memiliki kecepatan yang tetap pada masing-masing titik dalam pipa dan gerakannya beraturan akibat pengaruh gravitasi bumi.
2.2 Teknik Pengukuran Debit
Pengukuran merupakan salah satu hal yang sangat penting dalam suatu sistem pengolahan air. Pada prakteknya, terdapat beberapa metode yang digunakan untuk mengetahui debit air pada saluran terbuka, diantaranya:
1. Dilution
2. Timed Gravimetric
3. Weir atau flume
4. Area velocity Dari beberapa teknik pengukuran diatas penulis menggunakan teknik pengukuran Timed Grafimetric , alasannya karena pada metode ini carapengukurannya sangat sesuai untuk digunakan pada pengujian yang akandilakuakan oleh penulis, dimana air dialirkan ke dalam suatu wadah penampung selama waktu tertentu. Variasi lain dari metode ini adalah dengan menggunakan wadah yang telah diketahui volumenya kemudian dilakukan pengukuran waktu yang diperlukan untuk mengisi penuh container tersebut.
Dengan menggunakan metode Timed Grafimetric penulis melakukanbeberapa metode pengujian dengan menginisialisasikan waktu yang diperlukan pada setiap pengujian selama dua menit dimana waktu tersebut sebagai waktu rata-rata pengguna menggunakan kran dan air untuk berwudhu.Pengukuran debit air ditujukan untuk mengetahui kecepatan air pada satuanwaktu. Untuk mengetahui debit air maka harus mengetahui satuan ukuran volumedan satuan ukuran waktu terlebih dahulu, karena debit air berkaitan dengan satuanvolume dan satuan waktu.
Tabel 2.1 konversi volume dan waktu dapat mengetahui debitairSatuan waktu Satuan volume
1 Jam = 60 Menit
1 Liter = 1 dm3 = 1.000 mm3 =0,001m3
1 Menit = 60 Detik 1cc = 1Ml = 1 cm3
1 Jam = 3.600 Detik
1 Menit = 1/60 Jam Untuk menentukan debit air menggunakan persamaan: (2.1) ................................................................................................................ = Dimana : Q : Debit (liter/s) V : Volume (liter) t : Waktu (s)
2.3 Water Flow Sensor G1/2
Water Flow Sensor ini terbuat dari plastik dimana didalamnya terdapat rotor dan sensor Hall Effect. Saat air mengalir melewati rotor, rotor akan berputar.
Kecepatan putaran ini akan sesuai dengan besarnya aliran air. Output dari sensor merupakan pulsa. Kelebihan sensor ini adalah hanya membutuhkan 1
Hall Effect sinyal (SIG) selain jalur 5V dc danGround. Perhatikan gambar di bawah ini.
Gambar 2.1 Water Flow Sensor G1/2 Gambar 2.2Mechanic Dimensi Water Flow sensorTabel 2.2 Komponen SensorTabel 2.3 Spesifikasi Sensor ini terdiri atas katup plastik, rotor air, dan sebuah sensorWater Flow Sensor
Hall-Effect . Prinsip kerja sensor ini adalah dengan memanfaatkan fenomena efek
Hall. Efek Hall ini didasarkan pada efek medan magnetik terhadap partikel bermuatan yang bergerak. Ketika ada arus listrik yang mengalir pada device efek Hall yang ditempatkan dalam medan magnet yang arahnya tegak lurus arus listrik, pergerakan pembawa muatan akan berbelok ke salah satu sisi dan menghasilkan medan listrik. Medan listrik terus membesar hingga gaya Lorentz yang bekerja pada partikel menjadi nol. Perbedaan potensial antara kedua sisi device tersebut disebut potensial Hall. Potensial Hall ini sebanding dengan medan magnet dan arus listrik yang melalui device.
2.4. Mikrokonbtroler ATMega8535
Mikrokontrolersesuai namanya adalah suatu alat atau komponen pengontrol atau pengendali yang berukuran mikro atau kecil.Sebelum ada mikrokontrolertelah ada terlebih dahulu muncul mikroprosesor.Bila dibandingkan dengan mikroprosesor, mikrokontroler jauh lebih unggul karena terdapat berbagai alasan, diantaranya : a.
Tersedianya I/O I/O dalam mikrokontroler sudah tersedia PORT input dan output. 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 kemikrokontroler.Namun demikian masih memiliki berbagai kelemahan, mikroprosesor tetap digunakan sebagai dasar dalam mempelajari mikrokontroler. Inti kerja dari keduanya adalah sama, yakni sebagai pengendali suatu sistem.
Mikrokontroler adalahsuatu sistem elektronika seperti halnya mikroprosesor sebagai otak komputer. Namun mikrokontroler memiliki nilai tambah karena didalamnya sudah terdapat memori dan sistem input/output dalam suatu kemasan
IC. Mikrokontroler AVR (Alf and Vegard’s RISC processor) standar memiliki arsitektur 8-bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16bit dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. Berbeda dengan instruksi MCS-51 yang membutuhkan 12 siklus clock karena memiliki arsitektur CISC (seperti komputer).
Gambar 2.3 Blok Diagram ATMega8535Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa Atmega8535 memiliki bagian sebagai berikut :
1. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, Port D.
2. ADC 10 bit sebanyak 8 saluran.
3. Tiga buah Timer/Counter 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 Atmega8535.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 I/O yang tersedia serta fasilitas lain seperti ADC, EEPROM, dan lain sebagainya.Salah satu contohnya adalah ATMega 8535.Memiliki teknologi RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz membuat ATMega 8535 lebih cepat bila dibandingkan dengan varian MCS51.Dengan fasilitas yang lengkap tersebut menjadikan Atmega8535 sebagai mikrokontroler yang powerfull. Adapun blok diagramnya sebagai berikut :
2.4.1 Konfigurasi PIN ATMega8535
Gambar 2.4 Konfigurasi Pin ATMega8535Mikrokontroler Atmega8535 mempunyai jumlah pin sebanyak 40 buah, dimana 32 pin digunakan untuk keperluan port I/O yang dapat menjadi pin
input/output sesuai konfigurasi. Pada 32 pin tersebut terbagi atas 4 bagian (port),
yang masing-masingnya terdiri atas8 pin. Pin-pin lainnya digunakan untuk keperluan rangkaian osilator, supply tegangan, reset, serta tegangan referensi untuk ADC.Untuk lebih jelasnya, (konfigurasi pin Atmega8535 dapat dilihat pada gambar 2.4.
Berikut ini adalah susunan pin-pin dari Atmega8535;
- VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukkan catu daya
- GND merupakan pin ground
- Port A (PA0..PA7) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC
- Port B (PB0..PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu Timer/Counter, Komparator Analog, dan SPI
- Port C (PC0..PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu TWI, Komparator Analog, dan Timer Oscilator
- Port D (PD0..PD7) merupakan pin I/O 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).
2.4.2. Port-Port Pada ATMega8535 Dan Fungsinya
o Port A
Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer Port A dapat memberi arus 20 mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port A (DDRA) harus disetting terlebih dahulu sebelum Port A digunakan. Bit-bit DDRA diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port A yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, kedelapan pin port A juga digunakan untuk masukan sinyal analog bagi A/D converter.
o Port B
Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer Port B dapat memberi arus 20 mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port B (DDRB) harus disetting terlebih dahulu sebelum Port B digunakan. Bit-bit DDRB diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port B yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Pin-pin port B juga memiliki untuk fungsi-fungsi alternatif khusus seperti yang dapat dilihat dalam tabel berikut. o
Port C
Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer Port C dapat memberi arus 20 mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port C (DDRC) harus disetting terlebih dahulu sebelum Port C digunakan. Bit-bit DDRC diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port C yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, dua pin port C (PC6 dan PC7) juga memiliki fungsi alternatif sebagai oscillator untuk timer/counter 2. o
Port D
Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer Port D dapat memberi arus 20 mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port D (DDRD) harus disetting terlebih dahulu sebelum Port D digunakan. Bit-bit DDRD diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port D yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, pin-pin port D juga memiliki untuk fungsi-fungsi alternatif khusus seperti yang dapat dilihat dalam tabel berikut
2.5.Peta Memori ATMega8535
ATMega8535 memiliki dua jenis memori yaituProgram Memory dan Data Memoryditambah satu fitur tambahan yaitu EEPROMMemory untuk penyimpan data.
2.5.1. Program Memory
ATMEGA 8535 memiliki On-Chip In-System Reprogrammable Flash
Memory untuk menyimpan program.Untuk alasan keamanan, program memory
dibagi menjadi dua bagian, yaitu Boot Flash Section dan Application Flash .Boot Flash Section digunakan untuk menyimpan program Boot Loader,
Section
yaitu program yang harus dijalankan pada saat AVR reset atau pertama kali diaktifkan.
Application Flash Section digunakan untuk menyimpan program aplikasi
yang dibuat user. AVR tidak dapat menjalakan program aplikasi ini sebelum menjalankan program Boot Loader.
Gambar 2.5 Peta Memori Program2.5.2 Data Memory Gambar berikut menunjukkan peta memori SRAM pada ATMEGA 8535.
Terdapat 608 lokasi address data memori. 96 lokasi address digunakan untuk Register File dan I/O Memory sementara 512 likasi address lainnya digunakan untuk internal data SRAM. Register file terdiri dari 32 general purpose working register, I/O register terdiri dari 64 register.
Gambar 2.6Peta Memori Data
2.5.3. EEPROM Data Memory
ATMEGA 8535 memiliki EEPROM 8 bit sebesar 512 byte untuk menyimpan data. Loaksinya terpisah dengan system address register, data register dan control register yang dibuat khusus untuk EEPROM. Alamat EEPROM dimulai dari $000 sampai $1FF.
Gambar 2.7 EEPROM Data Memor2.5.4. Status Register (SREG)
Gambar 2.8 Status Register ATMega 8535Status register adalah register berisi status yang dihasilkan pada setiap operasi yangdilakukan ketika suatu instruksi dieksekusi. SREG merupakan bagian dari inti CPUmikrokontroler.
- Bit 7 – I : Global Interrupt Enable Jika bit Global Interrupt Enable diset, maka fasilitas interupsi dapat dijalankan. Bit ini akanclear ketika ada interrupt yang dipicu dari hardware, setelah program interrupt dieksekusi,maka bit ini harus di set kembali dengan instruksi SEI.
- Bit 6 – T : Bit Copy Storage Instruksi bit copy BLD dan BST menggunakan bit T sebagai sumber atau tujuan dalamoperasi bit.
- Bit 5 – H: Half Carry Flag • Bit 4 – S : Sign Bit Bit S merupakan hasil exlusive or dari Negative Flag N dan Two’s Complement OverflowFlag V.
- Bit 3 – V : Two’s Complement Overflow Flag Digunakan dalam operasi aritmatika
- Bit 2 – N : Negative Flag Jika operasi aritmatika menghasilkan bilangan negatif, maka bit ini akan set.
- Bit 1 – Z : Zero Flag Jika operasi aritmatika menghaslkan bilangan nol, maka bit ini akan set.
- Bit 0 – C : Carry Flag
2.6.LCD (Liquid Crystal Display)
LCD (Liquid Crystal Display) adalah suatu jenis media tampil yang menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. LCD sudah digunakan diberbagai bidang misalnya alal–alat elektronik seperti televisi, kalkulator, ataupun layar komputer. Pada bab ini aplikasi LCD yang dugunakan ialah LCD dot matrik dengan jumlah karakter 2 x 16. LCD sangat berfungsi sebagai penampil yang nantinya akan digunakan untuk menampilkan status kerja alat.
Adapun fitur yang disajikan dalam LCD ini adalah : • a. Terdiri dari 16 karakter dan 2 baris.
- b. Mempunyai 192 karakter tersimpan.
- c. Terdapat karakter generator terprogram.
- d. Dapat dialamati dengan mode 4-bit dan 8-bit.
- e. Dilengkapi dengan back light.
Gambar 2.9LCD (Liquid Crystal Display)
Tabel 2.4. Deskripsi Pin pada LCFPin Deskripsi
1 Ground
2 Vcc
3 Pengatur kontras 4 “RS” Instruction/Register Select 5 “R/W” Read/Write LCD Registers 6 “EN” Enable 7-14 Data I/O Pins
15 Vcc
16 Ground