Rancang Bangun Pengaturan Suhu dan Pengukuran Berat Badan pada Inkubator Bayi Berbasis MikrokontrolerATMega8535
5
BAB 2 LANDASAN TEORI
2.1 Inkubator
Bayi prematur adalah bayi ang lahir pada usia kehamilankurnag atau sama
dengan 37 minggu tanpa memperhatikan berat badan bayi. Permatunitas dan berat
badan lahir rendah biasanya terjadi bersamaan, terutama diantara bayi dengan berat
1500 g atau kurang saat lahir.
Inkubator adalah alat untuk mempertahankan kehangatan bayi pasca lahir
sehingga mampu beradaptasi dengan lingkungan luar. Fitur utama sebuah inkubator
yaitu pengaturan suhu ruang, dengan tujuan untuk mempertahankan suhu bayi agar
tidak jatuh pada hipotermi.
Inkubator bayi adalah sebuah tempat tertutup yang suhu lingkungkungannya
dapat diatur untuk menghangatkan bayi. Incubator ini juga membutuhkan
kelembaban yang stabil sehuingga kondisi di dalamnya tetap terjaga sesuai dengan
yang diinginkan.
Inkubator bayi merupakan salah satu alat yang mempunyai fungsi sebagai
perawatan dan penyesuaian suhu (penghangat) bagi bayi yang lahir premature yang
sangat membutuhkan suhu yang sesuai dengan suhu dalam Rahim ibu. Suhu yang
dibutuhkkan untuk perawatan bayi prematur adalah 32oC sampai 37oC.
Prinsip kerja inkubator adalah dengan mengatur serta menstabilkan suhu dalam
ruangan incubator agar sesuai dengan suhu yang dibutuhkan oleh bayi premature.
Incubator menggunakan elemen pemanas (heater)yang dikontrol oleh suatu
rangkaian kointrol suhu agar suhu tetap stabil. Heater akan bekerja saat suhu kurang
dari suhu yang telah ditentukan, sebaliknya apabila sensor suhu lebih besar dari
setting suhu secara otomatis heater akan mati.
Universitas Sumatera Utara
6
2.2 Mikrokontroller ATmega8535
Mikrokontroller merupakan suatu terobosan teknologi mikrokontroler dan
mikro computer menjadi kebutuhan pasar 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 murah. Sebagai kebutuhan pasar,
mikrokontroler hadir untuk memenuhi selera industry dan para konsumen akan
kebutuhan pada alat-alat bantu yang canggih.
Mikrokontroler adalah suatu keeping IC dimana terdapat mikroprosesor dan
memori program (ROM) serta memori serbaguna, bahkan ada beberapa jenis
mikrokontroler yang memiliki fasilitas ADC,
PPL, EEPROM dalam suatu kemasan. Pengguna mikrokontroler dalam
bidang kontrol yang sangat luas dan popular,ada beberapa vendor yang membuat
mikrokontoler diantaranya Intel, Mikrochip, Winbond, Atmel, Philips, Xmics dan
lain lainya.
Mikrokontroler Atmega8535 merupakan generasi AVR (Alf and Vegard’s risk
processor) mikrokontroler AVR memiliki arsiterktur RISC (Reduced Instruction Set
Computing) 8 bit, dimana semua instruksi dalam kode 16 bit (16 bit word ) dan
sebagian besar instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR menjalankan
sebuah instruksi komponen eksternal dapat dikurangi. Mikrokontroler AVR didesain
menggunakan arsitektur Harvard, dimana ruang dan jalur bus bagi memori program
dipisahkan dengan memori data memori program yang diakses dengan single-level
pipeling, di mana ketikan sebuah instruksi di jalankan, instruksinya akan di prefetch
dari memori program.
Universitas Sumatera Utara
7
Gambar 2.1 Arsitektur Mikrokontroler ATMega 8535
Gambar 2.1 diatas memperlihatkan bahwa ATmega8535 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 Timer/counter dengan kemapuan pembanding.
4. CPU yang terdiri atas 32 buah register.
Universitas Sumatera Utara
8
5. Wacthdog Timer dengan osilator internal.
6. SRAM sebesar 512 byte.
7. Memori flash sebesar 8 kb dengan kemampuan Read while write.
8. Unit iterupsi internal dan eksternal
9. Port antar muka SPI
10. EEPROM(electrically erasable read only memori) sebesar 512 byte yang
deprogram saat oprasi.
11. Antar muka komparator analog.
12. Port USART untuk komunikasi serial dengan kecepatan maksimal 12,5
Mbps.
13. Sistem mikroprosesor 8 bit dengan kecepatan maksimal 16 MHz.
Gambar 2.2 Konfigurasi Pin Mikrokontroler ATMega 8535
Konfigurasi pin ATmega 8535 sebagai berikut:
1. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catudaya.
2. GND merupakan pin ground.
3. Port A (PA0…PA7) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC
4. Port B (PB0..PB7) merupakan pin I/o dua arah dan pin fungsi khusus untuk
Timer/counter,Komparator analog , dan SPI.
5. Port C (PC0..PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin khusus TWI,
Komparator analog dan Timer oscillator.
Universitas Sumatera Utara
9
6. Port D (PD0..PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin khusus untuk
komparator analog ,interupsi eksternal ,dan Komunikasi serial.
7. RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler.
8. XTAL1 dan merupakan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal.
9. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC.
10. AREF merupakan pin masukan referensi ADC.
2.2.1 Status Register
Status register adalah register berisi status yang dihasilkan pada setiap operasi
yang
dilakukan ketika suatu instruksi dieksekusi. SREG merupakan bagian dari inti CPU
mikrokontroler.
Gambar 2.3 Status Register
Status register Mikrokontroler ATMega8535:
1. Bit7 --> I (Global Interrupt Enable), Bit harus di Set untuk mengenable
semua jenis interupsi.
2. Bit6 --> T (Bit Copy Storage), Instruksi BLD dan BST menggunakan bit T
sebagai sumber atau tujuan dalam operasi bit. Suatu bit dalam sebuah register
GPR dapat disalin ke bit T menggunakan instruksi BST, dan sebaliknya bit T
dapat disalin kembali kesuatu bit dalam register GPR dengan menggunakan
instruksi BLD.
3. Bi5 --> H (Half Cary Flag)
4. Bit4 --> S (Sign Bit) merupakan hasil operasi EOR antara flag -N (negatif)
dan flag V (komplemen dua overflow).
5. Bit3 --> V (Two's Component Overflow Flag) Bit ini berfungsi untuk
mendukung operasi matematis.
Universitas Sumatera Utara
10
6. Bit2 --> N (Negative Flag) Flag N akan menjadi Set, jika suatu operasi
matematis menghasilkan bilangan negatif.
7. Bit1 --> Z (Zero Flag) Bit ini akan menjadi Set apabila hasil operasi
matematis menghasilkan bilangan 0.
8. Bit0 --> C (Cary Flag) Bit ini akan menjadi set apabila suatu operasi
menghasilkan carry.
2.2.2 Peta Memori
AVR ATMega8535 memiliki ruang pengalamatan memori data dan memori
program yang terpisah. Memori data terbagi menjadi 3 bagian, yaitu 32 buah register
umum, 64 buah register I/O, dan 512 byte SRAM Internal. Register keperluan umum
menempati space data pada alamat terbawah, yaitu $00 sampai $1F. Sementara itu,
register khusus untuk menangani I/O dan control terhadap mikrokontroler menempati
64 alamat berikutnya, yaitu mulai dari $20 hingga $5F. Register tersebut merupakan
register yang khusus digunakan mengatur fungsi terhadap berbagai peripheral
mikrokontroler, seperti contoh register, timer/counter, fungsi-fungsi I/O, dan
sebagainya. Register khusus alamat memori secara lengkap dapat dilihat tabel ini.
Alamat memori berikutnya digunakan untuk SRAM 512 byte, yaitu pada lokasi $60
sampai dengan $25F. Konfigurasi memori dapat kita ketahui dimana, memori
program yang terletak dalam flash PEROM tersususn dalam word atau 2 byte karena
setiap instruksi memiliki lebar 16-bit atau 32-bit, AVR ATMega8535 memiliki
KByte 12-bit program Counter (PC) sehingga mampu mengalamati isi flash. Selain
itu AVR ATMega8535 juga memiliki memori data berupa EEPROM 8-bit sebanyak
512 byte. Alamat EEPROM dimulai dari $000sampai $1FF.
2.3 Sensor Ds1820
DS18B20 merupakan sebuah sensor suhu dimana akurasi nilai suhu dan
kecepatan pengukuran memiliki kestabilan yang jauh lebih baik. DS18B20 adalah
sensor suhu digital yang dikeluarkan oleh Dallas Semiconductor.Sensor DS1820
merupakan sensor suhu 9-12 bit yang memiliki fungsi seperti termometer serta
Universitas Sumatera Utara
11
terdapat sistem alarm. Sensor DS1820 memiliki kemampuan untuk mengukur suhu
pada kisaran -55°C sampai 125°C dan bekerja secara akurat dengan kesalahan ±
0,5°C pada kisaran -10°C sampai 85°C. Selain itu, daya yang digunakan sensor suhu
DS1820 bisa langsung didapat dari data line ( "parasite power"), sehingga tidak
perlu lagi listrik eksternal.
(1)
(2)
Gambar 2.4 Rangkaian Skematik DS1820 (1), Sensor DS1820 (2)
Sensor DS1820 memiliki keunikan yaitu 64-bit, yang memungkinkan
DS1820 terhubung ke beberapa fungsi yang sama melalui satu kabel yang sama.
Untuk pembacaan suhu, sensor menngunakan protokol 1 wire communication.
DS18B20 memilki 3 pin yang terdiri dari +5V, Ground dan Data Input/Output. Oleh
karena itu, satu microprocessor saja dapat digunakan untuk mengendalikan banyak
sensor yang akan didistribusikan ke daerah yang lebih besar. Aplikasi dari fitur ini
meliputi pengontrol lingkungan (HVAC), sistem pemantauan suhu di dalam
bangunan, peralatan, atau mesin, dan proses monitoring dan sistem control.
Keuntungan fitur :
• Hanya Memerlukan Satu Port Pin untuk Komunikasi
• Setiap perangkat memiliki 64-Bit dalam On-Board ROM
• Kemampuan Simplifies Distributed Temperature Sensing Aplikasi
• Tidak memerlukan Komponen Eksternal
• Power Supply berkisar 3.0V sampai 5.5V
• Suhu yang dapat diukur dari -55 ° C sampai 125 ° C (-67°F - 257°F)
• Keakuratan data dari -10°C sampai 85°C
Universitas Sumatera Utara
12
• Resolusi termometer 9-Bit
• Kecepatan mengukur suhu dalam 750-800 ms (max)
• Pengaturan alarm dapat disesuaikan
2.4 Heater
Heater atau pemanas air merupakan komponen utama dalam memanaskan
tangki berpengaduk. Dalam praktiknya banyak sekali ditemukan berbagai macam
pemanas cairan yang digunakan pada industri seperti pemanas menggunakan elemen
pemanas dan dengan memanfaatkan gas panas dari pada sistem keluaran mesin
lainnya. Pada dasarnya pemanas yang digunakan dalam tugas akhir ini mengguakan
elemen pemanas air biasa dengan tegangan kera 220 V dan daya 150 W.
Gambar 2.5 Pemanas (Heater)
2.5 Driver Motor
Ada beberapa macam driver motor DC yang biasa kita pakai seperti
menggunakan relay yang diaktifkan dengan transistor sebagai saklar, namun yang
demikian dianggap tidak efesien dan terlalu ribet "repot" dalam pengerjaan
hardware-nya. Dengan berkembangnya dunia IC, sekarang sudah ada H Bridge yang
dikemas dalam satu IC dimana dapat dengan mudah dalam pelaksanaan hardware
dan kendalinya apalagi jika menggunakan mikrokontroler.
L298 adalah jenis IC driver motor yang dapat mengendalikan arah putaran
dan kecepatan motor DC ataupun Motor stepper. Mampu mengeluarkan output
tegangan untuk Motor dc dan motor stepper sebesar 50 volt. IC l298 terdiri dari
Universitas Sumatera Utara
13
transistor-transistor logik (TTL) dengan gerbang nand yang memudahkan dalam
menentukkan arah putaran suatu motor dc dan motor stepper.
Dapat mengendalikan 2 untuk motor dc namun pada hanya dapat
mengendalikan 1 motor stepper. Penggunaannya paling sering untuk robot line
follower. Bentuknya yang kecil memungkinkan dapat meminimalkan pembuatan
robot line follower.
Gambar 2.6 Driver Motor L298N
L298 menggunakan rangkaian dasar transistor (BJT). Kekurangan dari rangkaian berbasis
BJT adalah tegangan saturasi yang cukup tinggi, yang akan menjadi faktor bagi timbulnya panas
yang cukup tinggi ketika menangani beban. IC driver L298 yang memiliki kemampuan
menggerakkan motor DC sampai arus 4A dan tegangan maksimum 46 VoltDC untuk
satu kanalnya.
Rangkaian driver motor DC dengan IC L298 diperlihatkan pada gambar 2.6
Pin Enable A dan B untuk mengendalikan jalan atau kecepatan motor, pin Input 1
sampai 4 untuk mengendalikan arah putaran. Pin Enable diberi VCC 5 Volt untuk
kecepatan penuh dan PWM (Pulse Width Modulation) untuk kecepatan rotasi yang
bervariasi tergantung dari level highnya.
2.6 Load Cell
Load cell merupakan sensor timbangan yang bekerja secara mekanis,dimana
load cell menggunakan prinsip tekanan yang memanfaakan strain gauge sebagai
pengindera (sensor). Strain gauge adalah sebuah transduser pasif yang merubah
suatu pergeseran mekanis menjadi perubahan tahanan. Perubahan ini kemudian
Universitas Sumatera Utara
14
diukur dengan jembatan Wheatsone dimana tegangan keluaran dijadikan referensi
beban yang diterima load cell.
Gambar 2.7 Load Cell
2.6.1 Prinsip Kerja Load Cell
Ketika bagian lain yang lebih elastic mendapat tekanan, maka pada sisi lain akan
mengalami perubahan regangan yang sesuai dengan yang dihasilkan oleh
straingauge, hal ini terjadi karena ada gaya yang seakan melawan pada sisi lainnya.
Perubahan nilai resistansi yang diakibatkan oleh perubahan gaya diubah menjadi
nilai tegangan oleh rangkaian pengukuran yang ada. Dan berat dari objek yang
diukur dapat diketahui dengan mengukur besarnya nilai tegangan yang timbul. Sel
beban (load cell) terdiri dari satu buah strain gauge atau lebih, yang ditempelkan
pada batang atau cincin logam. Sel beban dikalibrasikan oleh pabrikan yang
bersangkutan. Piranti ini dirancang untuk mengukur gaya tekanan mekanis, gaya
pemampatan (kompresi), atau gaya puntir yang bekerja pada sebuah objek. Ketika
batang atau cincin logam piranti ini berada dibawah tekanan, tegangan yang timbul
pada terminal-terminalnya yamg dapat dijadikan rujukan untuk mengukur besarnya
gaya.
2.7
Power Supply (PSA)
Catu daya merupakan bagian yang berfungsi untuk menyediakan daya untuk
daya rangkaian. Ada dua macam catu daya, yaitu catu daya tegangan tetap dan catu
daya variable . Catu daya tegangan tetap adalah catu daya yang tegangan
Universitas Sumatera Utara
15
keluarannya tetap dan tidak bisa diatur. Catu daya variable merupakan catu daya
yang tegangan keluarannya dapa diubah/diatur. Catu daya yang baik selalu
dilengkapi dengan regulator tegangan.Tujuan pemasangan regulator tegangan pada
catu daya adalah untuk menstabilkan tegangan keluaran apabila terjadi perubahan
tegangan masukan pada catu daya. Fungsi lain dari regulator tegangan adalah untuk
perlindungan dari terjadinya hubung singkat pada beban. Salah satu tipe regulator
tegangan tetap adalah LM78xx. Regulator tegangan tipe LM 78xx adalah salah satu
regulator tegangan tetap dengan tiga terminal, yaitu terminal Vin , GND dan Vout.
Tegangan keluaran dari regulator LM78xx memungkinkan regulator untuk dipakai
dalam sistem logika, instrumentasi dan Hifi. Regulator tegangan LM 78xx dirancang
sebagai regulator tegangan tetap, meskipun demikian dapat juga keluaran dari
regulator ini diatur tegangan dan arusnya melalui tambahan komponen eksternal .
Cara pemasangan dari penerapan dari regulator tegangan tetap LM 78xx pada catu
daya dapat dilihat pada Gambar 2.7 berikut.
Gambar 2.8 Penerapan Regulator Tegangan Tetap LM 78XX
Regulator tegangan tetap LM 78xx dibedakan dalam tiga versi yaitu LM
78xxC, LM 78lxx dan LM 78Mxx. Arsitektur dari regulator tegangan tersebut sama,
yang membedakan adalah kemampuan mengalirkan arus pada regulator Perangkat
elektronika mestinya dicatu oleh supplay arus searah DC (direct current) yang stabil
agar dapat bekerja dengan baik. Baterai atau accu adalah sumber catu daya DC yang
paling baik. Namun untuk aplikasi yang membutuhkan catu daya yang tegangan
tersebut .
Regulator tegangan tetap LM 78xx dibedakan dalam tiga versi yaitu LM
78xxC, LM 78lxx dan LM 78Mxx. Arsitektur dari regulator tegangan tersebut sama,
Universitas Sumatera Utara
16
yang membedakan adalah kemampuan mengalirkan arus pada regulator tegangan
tersebut.
Adaptor adalah sebuah rangkaian transformator yang dapat merubah arus AC
menjadi arus DC. Dari penguatan inilah selanjutnya disebut power supply atau
penguat catu daya. Panjang pendeknya gulungan sekunder pada trafo adaptor akan
mempengaruhi besar kecilnya sumber tegangan volt. Sedang besar kecilnya diameter
kawat yang digunakan akan mempengaruhi besar kecilnya arus dalam amper yang
diperoleh. Pada sebuah trafo tenaga yang di tancapkan AC pada primernya,
kumparan sekunder akan timbul arus yang berlawanan (DC). Arus yang keluar akibat
imbas ini sebenarnya secara menyeluruh belum rata. Karena itu perlu disearahkan
dan distabilkan. Kurang tertibnya rangkaian stabilizer akan menyebabkan bunyi
derau pada pesawat yang sedang distel.
Perangkat elektronika mestinya dicatu oleh supply arus searah DC (direct
current) yang stabil agar dapat bekerja dengan baik. Baterai atau accu adalah sumber
catu daya DC yang paling baik. Namun untuk aplikasi yang membutuhkan catu daya
yang lebih besar, sumber dari baterai tidak cukup. Sumber catu daya yang besar
adalah sumber arus bolak-balik (alternating current) dari pembangkit tenaga listrik.
Untuk itu diperlukan suatu perangkat catu daya yang dapat mengubah arus AC
menjadi arus DC Banyak peralatan elektronika yang tidak dilengkapi dengan adaptor
atau catu daya tetap, misalnya radio dan tape rekorder kecil. Selain dengan baterai
kering, kita dapat menyediakan catu daya dengan rangkaian penyearah yang
tegangan keluarannya tetap dan stabil, serta biaya murah. Adaptor murah yang
dipasaran biasanya tidak dilengkapi dengan stabilisator dan kemampuan arusnya
belum tentu sesuai dengan peralatan kita.
2.8
Switching dan RELAY
Transistor adalah suatu komponen aktif terbuat daari bahan semikonduktor.
Transistor digunakan di dalam suatu rangkaian untuk memerkuat isyarat, dengan kata
lain mengubah isyarat masukan yang lemah menjadi isyarat yang kuat pada keluaran.
Dalam membuat suatu rangkaian penguat perlu diketahui letak titik daripada arus
Universitas Sumatera Utara
17
beban agar dapat dirancang sesuai dengan spesifikasi yang diharapkan. (Sutrisno :
1986)
Salah satu fungsi transistor adalah sebagai saklar yaitu bila berada pada dua
daerah kerjanya yaitu daerah jenuh (saturasi) dan daerah mati (cut-off). Transistor
akan mengalami perubahan kondisi dari menyumbat ke jenuh dan sebaliknya.
Transistor dalam keadaan menyumbat dapat dianalogikan sebagai saklar dalam
keadaan terbuka, sedangkan dalam keadaan jenuh seperti saklar yang menutup.
Daerah kerja transistor saat jenuh adalah keadaan dimana transistor
mengalirkan arus secara maksimum dari kolektor ke emitor sehingga transistor
tersebut seolah-olah short pada hubungan kolektor – emitor. Pada daerah ini
transistor dikatakan menghantar maksimum (sambungan CE terhubung maksimum).
Gambar 2.9 Grafik Keadaan Saturasi Transistor
Untuk membuat transistor menghantar, pada masukan basis perlu diberi
tegangan. Besarnya tegangan harus lebih besar dari Vbe (0,3 untuk germanium dan
0,7 untuk silicon).
Dengan mengatur Ib>Ic/β kondisi transistor akan menjadi jenuh seakan
kolektor dan emitor short circuit. Arus mengalir dari kolektor ke emitor tanpa
hambatan dan Vce≈0. Besar arus yang mengalir dari kolektor ke emitor sama dengan
Vcc/Rc. Keadaan seperti ini menyerupai saklar dalam kondisi tertutup (ON).
Universitas Sumatera Utara
18
Gambar 2.10Transistor sebagai switching dan Relay
2.9 LCD (Liquid Crystal Display)
LCD merupakan salah satu perangkat penampil yang sekarang ini mulai
banyak digunakan. Penampil LCD mulai dirasakan menggantikan fungsi dari
penampil CRT (Cathode Ray Tube), yang sudah berpuluh-puluh tahun digunakan
manusia sebagai penampil gambar/text baik monokrom (hitam dan putih), maupun
yang berwarna. Teknologi LCD memberikan keuntungan dibandingkan dengan
teknologi CRT, kaena pada dasarnya, CRT adalah tabung triode yang digunakan
sebelum transistor ditemukan. Beberapa keuntungan LCD dibandingkan dengan CRT
adalah konsumsi daya yang relative kecil, lebih ringan, tampilan yang lebih bagus,
dan ketika berlama-lama di depan monitor, monitor CRT lebih cepat memberikan
kejenuhan pada mata dibandingkan dengan LCD.
Kegunaan LCD banyak sekali dalam perancangan suatu sistem dengan
menggunakan mikrokontroler, LCD (Liquid Crystal Display) dapat berfungsi untuk
menampilkan suatu nilai hasil sensor, menampilkan teks, atau menampilkan 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).
Didalam modul M1632 sudah tersedia HD44780 yang dikeluarkan oleh
Hitachi, Hyundai dan modul-modul M1632 lainnya. HD44780 sebetulnya
merupakan mikrokontroler dirancang khusus untuk mengenendalikan LCD dan
mempunyai kemampuan untuk mengatur proses scanning pada layar LCD yang
terbentuk oleh 16COM dan 40 SEG sehingga mikrokontroler/perangkat yang
Universitas Sumatera Utara
19
mengakses modul LCD ini tidak perlu lagi mengatur scanning pada layar LCD.
Mikrokontroler atau perangkat tersebut hanya mengirim data-data yang merupakan
karakter yang akan ditampilkan pada LCD atau perintah yang mengatur proses
tampilan pada LCD saja.
LCD yang digunakan adalah jenis LCD yang menampilkan data dengan 2
baris tampilan pada display. Keuntungan dari LCD ini adalah :
1. Dapat menampilkan karakter ASCII, sehingga dapat memudahkan untuk
membuat program tampilan.
2. Mudah dihubungkan dengan port I/O karena hanya mengunakan 8 bit data
dan 3 bit control.
3. Ukuran modul yang proporsional.
4. Daya yang digunakan relative sangat kecil.
Spesifikasi LCD M1632 :
1. Tampilan 16 karakter 2 baris dengan matrik 5 x 7 + kursor.
2. ROM pembangkit karakter 192 jenis.
3. RAM pembangkit karakter 8 jenis ( diprogram pemakai ).
4. RAM data tampilan 80 x 8 bit ( 8 karakter ).
5. Duty ratio 1/16.
6. RAM data tampilan dan RAM pembangkit karakter dapat dibaca dari unit
mikroprosesor.
7. Beberapa fungsi perintah antara lain adalah penghapusan tampilan ( display
clear ), posisi kursor awal ( crusor home ), tampilan karakter kedip ( display
character blink ), penggeseran kursor ( crusor shift ) dan penggeseran
tampilan ( display shift ).
8. Rangkaian pembangkit detak.
9. Rangkaian otomatis reset saat daya dinyalakan.
10. Catu daya tunggal +5 volt.
Adapun konfigurasi dan deskripsi dari pin-pin LCD M1632 antara lain:
1. Pin 1 dihubungkan ke Gnd
2. Pin 2 dihubungkan ke Vcc +5V
Universitas Sumatera Utara
20
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.
Gambar 2.11 LCD 16x2
Operasi dasar pada LCD terdiri dari empat, yaitu instruksi mengakses proses
internal, instruksi menulis data, instruksi membaca kondisi sibuk, dan instruksi
membaca data. ROM pembangkit sebanyak 192 tipe karakter, tiap karakter dengan
huruf 5x7 dot matrik. Kapasitas pembangkit RAM 8 tipe karakter (membaca
program), maksimum pembacaan 80x8 bit tampilan data. Perintah utama LCD
adalah Display Clear, Cursor Home, Display ON/OFF, Display Character Blink,
Cursor Shift, dan Display Shift.
Universitas Sumatera Utara
21
Modul LCD M1632 memilki beberapa jenis memori yang digunakan untuk
menyimpan atau memproses data-data yang ditampilkan pada layar LCD. Setiap
memori mempunyai fungsi-fungsi tersendiri:
a. DDRAM
DDRAM merupakan memori tempat karakter yang ditampilkan berada.
Contohnya karakter „A‟ atau 41h yang ditulis pada alamat 00 akan tampil pada baris
pertama dan kolom pertama dari LCD. Apabila karakter tersebut di alamat 40h,
karakter tersebut akan tampil pada baris kedua kolom pertama darai LCD.
b. CGRAM
CGRAM merupakan memori untuk menggambarkan pola seluruh karakter
dan bentuk karakter dapat diubah-ubah sesuai keinginan. Akan tetapi isi memori
akan hilang saat power supplay tidak aktif sehingga pola karakter akan hilang.
c. CGROM
Pola sebuah karakter dan pola tersebut ditentukan secara permanen dari
HD44780 sehingga pengguna tidak dapat mengubahnya lagi. Oleh Adalah memori
untuk menggambarkan karena ROM bersifat permanen, pola karakter tersebut akan
hilang walaupun power supplay tidak aktif.
2.10 Bahasa Pemograman Mikrokontroler
Pengembangan sebuah sistem menggunakan mikrokontroler AVR buatan
ATMEL menggunakan software AVR STUDIO dan CodeVisionAVR. AVR
STUDIO merupakan software yang digunakan untuk bahasa assembly yang
mempunyai fungsi yang sangat lengkap, yaitu digunakan untuk menulis program,
kompilasi, simulasi dan download program ke IC mikrokontroler AVR. Sedangkan
CodeVisionAVR merupakan software C-cross Compiler, dimana program dapat
ditulis dalam bahasa C, CodeVision memiliki IDE (Integrated Development
Environment) yang lengkap, dimana penulisan program, compile, link, pembuatan
kode mesin (assembler) dan download program ke chip AVR dapat dilakukan
dengan CodeVision, selain itu ada fasilitas terminal, yaitu melakukan komunikasi
Universitas Sumatera Utara
22
serial dengan mikrokontroler yang sudah di program. Proses download program ke
IC mikrokontroler AVR dapat menggunakan Sistem Programmable Flash on-Chip
mengizinkan memori program untuk diprogram ulang dalam sistem menggunakan
hubungan serial SPI.
2.10.1 Pengenal Pada Bahasa C
Pengenal merupakan sebuah nama yang didefinisikan oleh program untuk
menunjukkan sebuah konstanta, variabel, fungsi, label, atau tipe data khusus.
Pemberian pengenal pada program harus memenuhi syarat-syarat di bawah ini:
a. Karakter pertama tidak menggunakan angka;
b. Karakter kedua berupa huruf, angka, garis bawah,;
c. Tidak menggunakan spasi;
d. Bersifat case sensitive, yaitu huruf kapital dan huruf kecil dianggap berbeda;
e. Tidak boleh menggunakan kata-kata yang merupakan sintaks atau operator
dari bahasa C.
Contoh menggunakan pengenal yang diperbolehkan:
1. Nama
2. _nama
3. Nama2
4. Nama_pengenal
Contoh penggunaan pengenal yang tidak diperbolehkan:
1. 2nama
2. Nama+2
3. Nama pengenal
Universitas Sumatera Utara
23
2.10.2 Tipe Data
Pemberian signed dan unsigned pada tipe data menyebabkan jangkauan dari
tipe berubah. Pada unsigned menyebabkan tipe data akan selalu bernilai positif
sedangkan signed menyebabkan nilai tipe data bernilai negatif dan memungkinkan
data bernilai positif. Perbedaan nilai tipe data dapat kita lihat pada tabel di bawah ini.
Tabel 2.1 Tipe Data
Pemodifikasi Tipe
Persamaan
Jangkauan Nilai
Signed char
Char
-128 s/d 127
Signed int
Int
-32.768 s/d 32.767
Signed short int
Short, signed short
-32.768 s/d 32.767
Signed long int
Long, long int, signed
-2.147.483.648 s/d 2.147.483.647
long
Unsigned char
Tidak ada
0 s/d 255
Unsigned int
Unsigned
0 s/d 65.535
Unsigned short int
Unsigned short
0 s/d 65.535
Unsigned long int
Unsigned long
0 s/d 4.294.967.295
2.10.3 Header
Header digunakan untuk menginstruksikan kompiler untuk menyisipkan file
lain. Di dalam file header ini tersimpan deklarasi, fungsi, variable, dan jenis
mikrokontroler yang kita gunakan (pada software Code Vision AVR). File-file yang
berakhiran .h disebut file header. File header yang digunakan untuk mendefinisikan
jenis mikrokontroler yang digunakan berfungsi sebagai pengarah yang mana
pendeklarasian register-register yang terdapat program difungsikan untuk jenis
mikrokontroler apa yang digunakan ( pada software Code Vision AVR ).
Contoh:
#include
#include
#include
Universitas Sumatera Utara
24
2.10.4 Operator Aritmatika
Operator aritmatika digunakan untuk melakukan proses perhitungan
matematika. Fungsi-fungsi matematika yang terdapat pada bahasa C dapat dilihat
pada tabel di bawah ini.
Tabel 2.2 Operator Aritmatika
Operator
Keterangan
+
Operator untuk penjumlahan
-
Operator untuk pengurangan
*
Operator untuk perkalian
/
Operator untuk pembagian
%
Operator untuk sisa bagi
2.10.5 Operator Pembanding
Operator pembanding digunakan untuk membandingkan 2 data atau lebih.
Hasil operator akan di jalankan jika pernyataan benar dan tidak dijalankan jika salah.
Operator pembanding dapat kita lihat pada tabel di bawah ini.
Tabel 2.3 Operator Pembanding
Operator
Contoh
Keterangan
==
x= = y
Bernilai benar jika kedua data bernilai sama
!=
x!=y
Bernilai benar jika kedua data tidak sama
>
x>y
Bernilai benar jika x lebih besar dari y
<
x=
x >= y
Bernilai benar jika x lebih besar atau sama dengan y
2.10.6 Operator Logika
Operator logika digunakan untuk membentuk logika dari dua pernyataan atau
lebih. Operator logika dapat dilihat pada tabel di bawah ini.
Universitas Sumatera Utara
25
Tabel 2.4 Operator Logika
Operator
Keterangan
&&
Logika AND
||
Logika OR
!
Logika NOT
2.11 Keypad
Keypad adalah bagian penting dari suatu perangkat elektronika yang
membutuhkan interaksi manusia. Keypad berfungsi sebagai interface antara
perangkat (mesin) elektronik dengan manusia atau dikenal dengan istilah HMI
(Human Machine Interface). Matrix keypad 4×4 pada artikel ini merupakan salah
satu contoh keypad yang dapat digunakan untuk berkomunikasi antara manusia
dengan mikrokontroler. Matrix keypad 4×4 memiliki konstruksi atau susunan yang
simple dan hemat dalam penggunaan port mikrokontroler. Konfigurasi keypad
dengan susunan bentuk matrix ini bertujuan untuk penghematan port mikrokontroler
karena jumlah key (tombol) yang dibutuhkan banyak pada suatu sistem dengan
mikrokontroler. Konstruksi matrix keypad 4×4 untuk mikrokontroler dapat dibuat
seperti pada gambar berikut.
Gambar 2.12 Keypad
Proses scaning untuk membaca penekanan tombol pada matrix keypad 4×4
untuk mikrokontroler diatas dilakukan secara bertahap kolom demi kolom dari
kolom pertama sampai kolom ke 4 dan baris pertama hingga baris ke 4. Program
untuk scaning matrix keypad 4×4 dapat bermacam-macam, tapi pada intinya sama.
Universitas Sumatera Utara
26
Misal kita asumsikan keyapad aktif LOW (semua line kolom dan baris dipasang
resistor pull-up) dan dihubungkan ke port mikrokontrolr dengan jalur kolom adalah
jalur input dan jalur baris adalah jalur output maka proses scaning matrix keypad
4×4.
Universitas Sumatera Utara
BAB 2 LANDASAN TEORI
2.1 Inkubator
Bayi prematur adalah bayi ang lahir pada usia kehamilankurnag atau sama
dengan 37 minggu tanpa memperhatikan berat badan bayi. Permatunitas dan berat
badan lahir rendah biasanya terjadi bersamaan, terutama diantara bayi dengan berat
1500 g atau kurang saat lahir.
Inkubator adalah alat untuk mempertahankan kehangatan bayi pasca lahir
sehingga mampu beradaptasi dengan lingkungan luar. Fitur utama sebuah inkubator
yaitu pengaturan suhu ruang, dengan tujuan untuk mempertahankan suhu bayi agar
tidak jatuh pada hipotermi.
Inkubator bayi adalah sebuah tempat tertutup yang suhu lingkungkungannya
dapat diatur untuk menghangatkan bayi. Incubator ini juga membutuhkan
kelembaban yang stabil sehuingga kondisi di dalamnya tetap terjaga sesuai dengan
yang diinginkan.
Inkubator bayi merupakan salah satu alat yang mempunyai fungsi sebagai
perawatan dan penyesuaian suhu (penghangat) bagi bayi yang lahir premature yang
sangat membutuhkan suhu yang sesuai dengan suhu dalam Rahim ibu. Suhu yang
dibutuhkkan untuk perawatan bayi prematur adalah 32oC sampai 37oC.
Prinsip kerja inkubator adalah dengan mengatur serta menstabilkan suhu dalam
ruangan incubator agar sesuai dengan suhu yang dibutuhkan oleh bayi premature.
Incubator menggunakan elemen pemanas (heater)yang dikontrol oleh suatu
rangkaian kointrol suhu agar suhu tetap stabil. Heater akan bekerja saat suhu kurang
dari suhu yang telah ditentukan, sebaliknya apabila sensor suhu lebih besar dari
setting suhu secara otomatis heater akan mati.
Universitas Sumatera Utara
6
2.2 Mikrokontroller ATmega8535
Mikrokontroller merupakan suatu terobosan teknologi mikrokontroler dan
mikro computer menjadi kebutuhan pasar 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 murah. Sebagai kebutuhan pasar,
mikrokontroler hadir untuk memenuhi selera industry dan para konsumen akan
kebutuhan pada alat-alat bantu yang canggih.
Mikrokontroler adalah suatu keeping IC dimana terdapat mikroprosesor dan
memori program (ROM) serta memori serbaguna, bahkan ada beberapa jenis
mikrokontroler yang memiliki fasilitas ADC,
PPL, EEPROM dalam suatu kemasan. Pengguna mikrokontroler dalam
bidang kontrol yang sangat luas dan popular,ada beberapa vendor yang membuat
mikrokontoler diantaranya Intel, Mikrochip, Winbond, Atmel, Philips, Xmics dan
lain lainya.
Mikrokontroler Atmega8535 merupakan generasi AVR (Alf and Vegard’s risk
processor) mikrokontroler AVR memiliki arsiterktur RISC (Reduced Instruction Set
Computing) 8 bit, dimana semua instruksi dalam kode 16 bit (16 bit word ) dan
sebagian besar instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR menjalankan
sebuah instruksi komponen eksternal dapat dikurangi. Mikrokontroler AVR didesain
menggunakan arsitektur Harvard, dimana ruang dan jalur bus bagi memori program
dipisahkan dengan memori data memori program yang diakses dengan single-level
pipeling, di mana ketikan sebuah instruksi di jalankan, instruksinya akan di prefetch
dari memori program.
Universitas Sumatera Utara
7
Gambar 2.1 Arsitektur Mikrokontroler ATMega 8535
Gambar 2.1 diatas memperlihatkan bahwa ATmega8535 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 Timer/counter dengan kemapuan pembanding.
4. CPU yang terdiri atas 32 buah register.
Universitas Sumatera Utara
8
5. Wacthdog Timer dengan osilator internal.
6. SRAM sebesar 512 byte.
7. Memori flash sebesar 8 kb dengan kemampuan Read while write.
8. Unit iterupsi internal dan eksternal
9. Port antar muka SPI
10. EEPROM(electrically erasable read only memori) sebesar 512 byte yang
deprogram saat oprasi.
11. Antar muka komparator analog.
12. Port USART untuk komunikasi serial dengan kecepatan maksimal 12,5
Mbps.
13. Sistem mikroprosesor 8 bit dengan kecepatan maksimal 16 MHz.
Gambar 2.2 Konfigurasi Pin Mikrokontroler ATMega 8535
Konfigurasi pin ATmega 8535 sebagai berikut:
1. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catudaya.
2. GND merupakan pin ground.
3. Port A (PA0…PA7) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC
4. Port B (PB0..PB7) merupakan pin I/o dua arah dan pin fungsi khusus untuk
Timer/counter,Komparator analog , dan SPI.
5. Port C (PC0..PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin khusus TWI,
Komparator analog dan Timer oscillator.
Universitas Sumatera Utara
9
6. Port D (PD0..PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin khusus untuk
komparator analog ,interupsi eksternal ,dan Komunikasi serial.
7. RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler.
8. XTAL1 dan merupakan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal.
9. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC.
10. AREF merupakan pin masukan referensi ADC.
2.2.1 Status Register
Status register adalah register berisi status yang dihasilkan pada setiap operasi
yang
dilakukan ketika suatu instruksi dieksekusi. SREG merupakan bagian dari inti CPU
mikrokontroler.
Gambar 2.3 Status Register
Status register Mikrokontroler ATMega8535:
1. Bit7 --> I (Global Interrupt Enable), Bit harus di Set untuk mengenable
semua jenis interupsi.
2. Bit6 --> T (Bit Copy Storage), Instruksi BLD dan BST menggunakan bit T
sebagai sumber atau tujuan dalam operasi bit. Suatu bit dalam sebuah register
GPR dapat disalin ke bit T menggunakan instruksi BST, dan sebaliknya bit T
dapat disalin kembali kesuatu bit dalam register GPR dengan menggunakan
instruksi BLD.
3. Bi5 --> H (Half Cary Flag)
4. Bit4 --> S (Sign Bit) merupakan hasil operasi EOR antara flag -N (negatif)
dan flag V (komplemen dua overflow).
5. Bit3 --> V (Two's Component Overflow Flag) Bit ini berfungsi untuk
mendukung operasi matematis.
Universitas Sumatera Utara
10
6. Bit2 --> N (Negative Flag) Flag N akan menjadi Set, jika suatu operasi
matematis menghasilkan bilangan negatif.
7. Bit1 --> Z (Zero Flag) Bit ini akan menjadi Set apabila hasil operasi
matematis menghasilkan bilangan 0.
8. Bit0 --> C (Cary Flag) Bit ini akan menjadi set apabila suatu operasi
menghasilkan carry.
2.2.2 Peta Memori
AVR ATMega8535 memiliki ruang pengalamatan memori data dan memori
program yang terpisah. Memori data terbagi menjadi 3 bagian, yaitu 32 buah register
umum, 64 buah register I/O, dan 512 byte SRAM Internal. Register keperluan umum
menempati space data pada alamat terbawah, yaitu $00 sampai $1F. Sementara itu,
register khusus untuk menangani I/O dan control terhadap mikrokontroler menempati
64 alamat berikutnya, yaitu mulai dari $20 hingga $5F. Register tersebut merupakan
register yang khusus digunakan mengatur fungsi terhadap berbagai peripheral
mikrokontroler, seperti contoh register, timer/counter, fungsi-fungsi I/O, dan
sebagainya. Register khusus alamat memori secara lengkap dapat dilihat tabel ini.
Alamat memori berikutnya digunakan untuk SRAM 512 byte, yaitu pada lokasi $60
sampai dengan $25F. Konfigurasi memori dapat kita ketahui dimana, memori
program yang terletak dalam flash PEROM tersususn dalam word atau 2 byte karena
setiap instruksi memiliki lebar 16-bit atau 32-bit, AVR ATMega8535 memiliki
KByte 12-bit program Counter (PC) sehingga mampu mengalamati isi flash. Selain
itu AVR ATMega8535 juga memiliki memori data berupa EEPROM 8-bit sebanyak
512 byte. Alamat EEPROM dimulai dari $000sampai $1FF.
2.3 Sensor Ds1820
DS18B20 merupakan sebuah sensor suhu dimana akurasi nilai suhu dan
kecepatan pengukuran memiliki kestabilan yang jauh lebih baik. DS18B20 adalah
sensor suhu digital yang dikeluarkan oleh Dallas Semiconductor.Sensor DS1820
merupakan sensor suhu 9-12 bit yang memiliki fungsi seperti termometer serta
Universitas Sumatera Utara
11
terdapat sistem alarm. Sensor DS1820 memiliki kemampuan untuk mengukur suhu
pada kisaran -55°C sampai 125°C dan bekerja secara akurat dengan kesalahan ±
0,5°C pada kisaran -10°C sampai 85°C. Selain itu, daya yang digunakan sensor suhu
DS1820 bisa langsung didapat dari data line ( "parasite power"), sehingga tidak
perlu lagi listrik eksternal.
(1)
(2)
Gambar 2.4 Rangkaian Skematik DS1820 (1), Sensor DS1820 (2)
Sensor DS1820 memiliki keunikan yaitu 64-bit, yang memungkinkan
DS1820 terhubung ke beberapa fungsi yang sama melalui satu kabel yang sama.
Untuk pembacaan suhu, sensor menngunakan protokol 1 wire communication.
DS18B20 memilki 3 pin yang terdiri dari +5V, Ground dan Data Input/Output. Oleh
karena itu, satu microprocessor saja dapat digunakan untuk mengendalikan banyak
sensor yang akan didistribusikan ke daerah yang lebih besar. Aplikasi dari fitur ini
meliputi pengontrol lingkungan (HVAC), sistem pemantauan suhu di dalam
bangunan, peralatan, atau mesin, dan proses monitoring dan sistem control.
Keuntungan fitur :
• Hanya Memerlukan Satu Port Pin untuk Komunikasi
• Setiap perangkat memiliki 64-Bit dalam On-Board ROM
• Kemampuan Simplifies Distributed Temperature Sensing Aplikasi
• Tidak memerlukan Komponen Eksternal
• Power Supply berkisar 3.0V sampai 5.5V
• Suhu yang dapat diukur dari -55 ° C sampai 125 ° C (-67°F - 257°F)
• Keakuratan data dari -10°C sampai 85°C
Universitas Sumatera Utara
12
• Resolusi termometer 9-Bit
• Kecepatan mengukur suhu dalam 750-800 ms (max)
• Pengaturan alarm dapat disesuaikan
2.4 Heater
Heater atau pemanas air merupakan komponen utama dalam memanaskan
tangki berpengaduk. Dalam praktiknya banyak sekali ditemukan berbagai macam
pemanas cairan yang digunakan pada industri seperti pemanas menggunakan elemen
pemanas dan dengan memanfaatkan gas panas dari pada sistem keluaran mesin
lainnya. Pada dasarnya pemanas yang digunakan dalam tugas akhir ini mengguakan
elemen pemanas air biasa dengan tegangan kera 220 V dan daya 150 W.
Gambar 2.5 Pemanas (Heater)
2.5 Driver Motor
Ada beberapa macam driver motor DC yang biasa kita pakai seperti
menggunakan relay yang diaktifkan dengan transistor sebagai saklar, namun yang
demikian dianggap tidak efesien dan terlalu ribet "repot" dalam pengerjaan
hardware-nya. Dengan berkembangnya dunia IC, sekarang sudah ada H Bridge yang
dikemas dalam satu IC dimana dapat dengan mudah dalam pelaksanaan hardware
dan kendalinya apalagi jika menggunakan mikrokontroler.
L298 adalah jenis IC driver motor yang dapat mengendalikan arah putaran
dan kecepatan motor DC ataupun Motor stepper. Mampu mengeluarkan output
tegangan untuk Motor dc dan motor stepper sebesar 50 volt. IC l298 terdiri dari
Universitas Sumatera Utara
13
transistor-transistor logik (TTL) dengan gerbang nand yang memudahkan dalam
menentukkan arah putaran suatu motor dc dan motor stepper.
Dapat mengendalikan 2 untuk motor dc namun pada hanya dapat
mengendalikan 1 motor stepper. Penggunaannya paling sering untuk robot line
follower. Bentuknya yang kecil memungkinkan dapat meminimalkan pembuatan
robot line follower.
Gambar 2.6 Driver Motor L298N
L298 menggunakan rangkaian dasar transistor (BJT). Kekurangan dari rangkaian berbasis
BJT adalah tegangan saturasi yang cukup tinggi, yang akan menjadi faktor bagi timbulnya panas
yang cukup tinggi ketika menangani beban. IC driver L298 yang memiliki kemampuan
menggerakkan motor DC sampai arus 4A dan tegangan maksimum 46 VoltDC untuk
satu kanalnya.
Rangkaian driver motor DC dengan IC L298 diperlihatkan pada gambar 2.6
Pin Enable A dan B untuk mengendalikan jalan atau kecepatan motor, pin Input 1
sampai 4 untuk mengendalikan arah putaran. Pin Enable diberi VCC 5 Volt untuk
kecepatan penuh dan PWM (Pulse Width Modulation) untuk kecepatan rotasi yang
bervariasi tergantung dari level highnya.
2.6 Load Cell
Load cell merupakan sensor timbangan yang bekerja secara mekanis,dimana
load cell menggunakan prinsip tekanan yang memanfaakan strain gauge sebagai
pengindera (sensor). Strain gauge adalah sebuah transduser pasif yang merubah
suatu pergeseran mekanis menjadi perubahan tahanan. Perubahan ini kemudian
Universitas Sumatera Utara
14
diukur dengan jembatan Wheatsone dimana tegangan keluaran dijadikan referensi
beban yang diterima load cell.
Gambar 2.7 Load Cell
2.6.1 Prinsip Kerja Load Cell
Ketika bagian lain yang lebih elastic mendapat tekanan, maka pada sisi lain akan
mengalami perubahan regangan yang sesuai dengan yang dihasilkan oleh
straingauge, hal ini terjadi karena ada gaya yang seakan melawan pada sisi lainnya.
Perubahan nilai resistansi yang diakibatkan oleh perubahan gaya diubah menjadi
nilai tegangan oleh rangkaian pengukuran yang ada. Dan berat dari objek yang
diukur dapat diketahui dengan mengukur besarnya nilai tegangan yang timbul. Sel
beban (load cell) terdiri dari satu buah strain gauge atau lebih, yang ditempelkan
pada batang atau cincin logam. Sel beban dikalibrasikan oleh pabrikan yang
bersangkutan. Piranti ini dirancang untuk mengukur gaya tekanan mekanis, gaya
pemampatan (kompresi), atau gaya puntir yang bekerja pada sebuah objek. Ketika
batang atau cincin logam piranti ini berada dibawah tekanan, tegangan yang timbul
pada terminal-terminalnya yamg dapat dijadikan rujukan untuk mengukur besarnya
gaya.
2.7
Power Supply (PSA)
Catu daya merupakan bagian yang berfungsi untuk menyediakan daya untuk
daya rangkaian. Ada dua macam catu daya, yaitu catu daya tegangan tetap dan catu
daya variable . Catu daya tegangan tetap adalah catu daya yang tegangan
Universitas Sumatera Utara
15
keluarannya tetap dan tidak bisa diatur. Catu daya variable merupakan catu daya
yang tegangan keluarannya dapa diubah/diatur. Catu daya yang baik selalu
dilengkapi dengan regulator tegangan.Tujuan pemasangan regulator tegangan pada
catu daya adalah untuk menstabilkan tegangan keluaran apabila terjadi perubahan
tegangan masukan pada catu daya. Fungsi lain dari regulator tegangan adalah untuk
perlindungan dari terjadinya hubung singkat pada beban. Salah satu tipe regulator
tegangan tetap adalah LM78xx. Regulator tegangan tipe LM 78xx adalah salah satu
regulator tegangan tetap dengan tiga terminal, yaitu terminal Vin , GND dan Vout.
Tegangan keluaran dari regulator LM78xx memungkinkan regulator untuk dipakai
dalam sistem logika, instrumentasi dan Hifi. Regulator tegangan LM 78xx dirancang
sebagai regulator tegangan tetap, meskipun demikian dapat juga keluaran dari
regulator ini diatur tegangan dan arusnya melalui tambahan komponen eksternal .
Cara pemasangan dari penerapan dari regulator tegangan tetap LM 78xx pada catu
daya dapat dilihat pada Gambar 2.7 berikut.
Gambar 2.8 Penerapan Regulator Tegangan Tetap LM 78XX
Regulator tegangan tetap LM 78xx dibedakan dalam tiga versi yaitu LM
78xxC, LM 78lxx dan LM 78Mxx. Arsitektur dari regulator tegangan tersebut sama,
yang membedakan adalah kemampuan mengalirkan arus pada regulator Perangkat
elektronika mestinya dicatu oleh supplay arus searah DC (direct current) yang stabil
agar dapat bekerja dengan baik. Baterai atau accu adalah sumber catu daya DC yang
paling baik. Namun untuk aplikasi yang membutuhkan catu daya yang tegangan
tersebut .
Regulator tegangan tetap LM 78xx dibedakan dalam tiga versi yaitu LM
78xxC, LM 78lxx dan LM 78Mxx. Arsitektur dari regulator tegangan tersebut sama,
Universitas Sumatera Utara
16
yang membedakan adalah kemampuan mengalirkan arus pada regulator tegangan
tersebut.
Adaptor adalah sebuah rangkaian transformator yang dapat merubah arus AC
menjadi arus DC. Dari penguatan inilah selanjutnya disebut power supply atau
penguat catu daya. Panjang pendeknya gulungan sekunder pada trafo adaptor akan
mempengaruhi besar kecilnya sumber tegangan volt. Sedang besar kecilnya diameter
kawat yang digunakan akan mempengaruhi besar kecilnya arus dalam amper yang
diperoleh. Pada sebuah trafo tenaga yang di tancapkan AC pada primernya,
kumparan sekunder akan timbul arus yang berlawanan (DC). Arus yang keluar akibat
imbas ini sebenarnya secara menyeluruh belum rata. Karena itu perlu disearahkan
dan distabilkan. Kurang tertibnya rangkaian stabilizer akan menyebabkan bunyi
derau pada pesawat yang sedang distel.
Perangkat elektronika mestinya dicatu oleh supply arus searah DC (direct
current) yang stabil agar dapat bekerja dengan baik. Baterai atau accu adalah sumber
catu daya DC yang paling baik. Namun untuk aplikasi yang membutuhkan catu daya
yang lebih besar, sumber dari baterai tidak cukup. Sumber catu daya yang besar
adalah sumber arus bolak-balik (alternating current) dari pembangkit tenaga listrik.
Untuk itu diperlukan suatu perangkat catu daya yang dapat mengubah arus AC
menjadi arus DC Banyak peralatan elektronika yang tidak dilengkapi dengan adaptor
atau catu daya tetap, misalnya radio dan tape rekorder kecil. Selain dengan baterai
kering, kita dapat menyediakan catu daya dengan rangkaian penyearah yang
tegangan keluarannya tetap dan stabil, serta biaya murah. Adaptor murah yang
dipasaran biasanya tidak dilengkapi dengan stabilisator dan kemampuan arusnya
belum tentu sesuai dengan peralatan kita.
2.8
Switching dan RELAY
Transistor adalah suatu komponen aktif terbuat daari bahan semikonduktor.
Transistor digunakan di dalam suatu rangkaian untuk memerkuat isyarat, dengan kata
lain mengubah isyarat masukan yang lemah menjadi isyarat yang kuat pada keluaran.
Dalam membuat suatu rangkaian penguat perlu diketahui letak titik daripada arus
Universitas Sumatera Utara
17
beban agar dapat dirancang sesuai dengan spesifikasi yang diharapkan. (Sutrisno :
1986)
Salah satu fungsi transistor adalah sebagai saklar yaitu bila berada pada dua
daerah kerjanya yaitu daerah jenuh (saturasi) dan daerah mati (cut-off). Transistor
akan mengalami perubahan kondisi dari menyumbat ke jenuh dan sebaliknya.
Transistor dalam keadaan menyumbat dapat dianalogikan sebagai saklar dalam
keadaan terbuka, sedangkan dalam keadaan jenuh seperti saklar yang menutup.
Daerah kerja transistor saat jenuh adalah keadaan dimana transistor
mengalirkan arus secara maksimum dari kolektor ke emitor sehingga transistor
tersebut seolah-olah short pada hubungan kolektor – emitor. Pada daerah ini
transistor dikatakan menghantar maksimum (sambungan CE terhubung maksimum).
Gambar 2.9 Grafik Keadaan Saturasi Transistor
Untuk membuat transistor menghantar, pada masukan basis perlu diberi
tegangan. Besarnya tegangan harus lebih besar dari Vbe (0,3 untuk germanium dan
0,7 untuk silicon).
Dengan mengatur Ib>Ic/β kondisi transistor akan menjadi jenuh seakan
kolektor dan emitor short circuit. Arus mengalir dari kolektor ke emitor tanpa
hambatan dan Vce≈0. Besar arus yang mengalir dari kolektor ke emitor sama dengan
Vcc/Rc. Keadaan seperti ini menyerupai saklar dalam kondisi tertutup (ON).
Universitas Sumatera Utara
18
Gambar 2.10Transistor sebagai switching dan Relay
2.9 LCD (Liquid Crystal Display)
LCD merupakan salah satu perangkat penampil yang sekarang ini mulai
banyak digunakan. Penampil LCD mulai dirasakan menggantikan fungsi dari
penampil CRT (Cathode Ray Tube), yang sudah berpuluh-puluh tahun digunakan
manusia sebagai penampil gambar/text baik monokrom (hitam dan putih), maupun
yang berwarna. Teknologi LCD memberikan keuntungan dibandingkan dengan
teknologi CRT, kaena pada dasarnya, CRT adalah tabung triode yang digunakan
sebelum transistor ditemukan. Beberapa keuntungan LCD dibandingkan dengan CRT
adalah konsumsi daya yang relative kecil, lebih ringan, tampilan yang lebih bagus,
dan ketika berlama-lama di depan monitor, monitor CRT lebih cepat memberikan
kejenuhan pada mata dibandingkan dengan LCD.
Kegunaan LCD banyak sekali dalam perancangan suatu sistem dengan
menggunakan mikrokontroler, LCD (Liquid Crystal Display) dapat berfungsi untuk
menampilkan suatu nilai hasil sensor, menampilkan teks, atau menampilkan 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).
Didalam modul M1632 sudah tersedia HD44780 yang dikeluarkan oleh
Hitachi, Hyundai dan modul-modul M1632 lainnya. HD44780 sebetulnya
merupakan mikrokontroler dirancang khusus untuk mengenendalikan LCD dan
mempunyai kemampuan untuk mengatur proses scanning pada layar LCD yang
terbentuk oleh 16COM dan 40 SEG sehingga mikrokontroler/perangkat yang
Universitas Sumatera Utara
19
mengakses modul LCD ini tidak perlu lagi mengatur scanning pada layar LCD.
Mikrokontroler atau perangkat tersebut hanya mengirim data-data yang merupakan
karakter yang akan ditampilkan pada LCD atau perintah yang mengatur proses
tampilan pada LCD saja.
LCD yang digunakan adalah jenis LCD yang menampilkan data dengan 2
baris tampilan pada display. Keuntungan dari LCD ini adalah :
1. Dapat menampilkan karakter ASCII, sehingga dapat memudahkan untuk
membuat program tampilan.
2. Mudah dihubungkan dengan port I/O karena hanya mengunakan 8 bit data
dan 3 bit control.
3. Ukuran modul yang proporsional.
4. Daya yang digunakan relative sangat kecil.
Spesifikasi LCD M1632 :
1. Tampilan 16 karakter 2 baris dengan matrik 5 x 7 + kursor.
2. ROM pembangkit karakter 192 jenis.
3. RAM pembangkit karakter 8 jenis ( diprogram pemakai ).
4. RAM data tampilan 80 x 8 bit ( 8 karakter ).
5. Duty ratio 1/16.
6. RAM data tampilan dan RAM pembangkit karakter dapat dibaca dari unit
mikroprosesor.
7. Beberapa fungsi perintah antara lain adalah penghapusan tampilan ( display
clear ), posisi kursor awal ( crusor home ), tampilan karakter kedip ( display
character blink ), penggeseran kursor ( crusor shift ) dan penggeseran
tampilan ( display shift ).
8. Rangkaian pembangkit detak.
9. Rangkaian otomatis reset saat daya dinyalakan.
10. Catu daya tunggal +5 volt.
Adapun konfigurasi dan deskripsi dari pin-pin LCD M1632 antara lain:
1. Pin 1 dihubungkan ke Gnd
2. Pin 2 dihubungkan ke Vcc +5V
Universitas Sumatera Utara
20
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.
Gambar 2.11 LCD 16x2
Operasi dasar pada LCD terdiri dari empat, yaitu instruksi mengakses proses
internal, instruksi menulis data, instruksi membaca kondisi sibuk, dan instruksi
membaca data. ROM pembangkit sebanyak 192 tipe karakter, tiap karakter dengan
huruf 5x7 dot matrik. Kapasitas pembangkit RAM 8 tipe karakter (membaca
program), maksimum pembacaan 80x8 bit tampilan data. Perintah utama LCD
adalah Display Clear, Cursor Home, Display ON/OFF, Display Character Blink,
Cursor Shift, dan Display Shift.
Universitas Sumatera Utara
21
Modul LCD M1632 memilki beberapa jenis memori yang digunakan untuk
menyimpan atau memproses data-data yang ditampilkan pada layar LCD. Setiap
memori mempunyai fungsi-fungsi tersendiri:
a. DDRAM
DDRAM merupakan memori tempat karakter yang ditampilkan berada.
Contohnya karakter „A‟ atau 41h yang ditulis pada alamat 00 akan tampil pada baris
pertama dan kolom pertama dari LCD. Apabila karakter tersebut di alamat 40h,
karakter tersebut akan tampil pada baris kedua kolom pertama darai LCD.
b. CGRAM
CGRAM merupakan memori untuk menggambarkan pola seluruh karakter
dan bentuk karakter dapat diubah-ubah sesuai keinginan. Akan tetapi isi memori
akan hilang saat power supplay tidak aktif sehingga pola karakter akan hilang.
c. CGROM
Pola sebuah karakter dan pola tersebut ditentukan secara permanen dari
HD44780 sehingga pengguna tidak dapat mengubahnya lagi. Oleh Adalah memori
untuk menggambarkan karena ROM bersifat permanen, pola karakter tersebut akan
hilang walaupun power supplay tidak aktif.
2.10 Bahasa Pemograman Mikrokontroler
Pengembangan sebuah sistem menggunakan mikrokontroler AVR buatan
ATMEL menggunakan software AVR STUDIO dan CodeVisionAVR. AVR
STUDIO merupakan software yang digunakan untuk bahasa assembly yang
mempunyai fungsi yang sangat lengkap, yaitu digunakan untuk menulis program,
kompilasi, simulasi dan download program ke IC mikrokontroler AVR. Sedangkan
CodeVisionAVR merupakan software C-cross Compiler, dimana program dapat
ditulis dalam bahasa C, CodeVision memiliki IDE (Integrated Development
Environment) yang lengkap, dimana penulisan program, compile, link, pembuatan
kode mesin (assembler) dan download program ke chip AVR dapat dilakukan
dengan CodeVision, selain itu ada fasilitas terminal, yaitu melakukan komunikasi
Universitas Sumatera Utara
22
serial dengan mikrokontroler yang sudah di program. Proses download program ke
IC mikrokontroler AVR dapat menggunakan Sistem Programmable Flash on-Chip
mengizinkan memori program untuk diprogram ulang dalam sistem menggunakan
hubungan serial SPI.
2.10.1 Pengenal Pada Bahasa C
Pengenal merupakan sebuah nama yang didefinisikan oleh program untuk
menunjukkan sebuah konstanta, variabel, fungsi, label, atau tipe data khusus.
Pemberian pengenal pada program harus memenuhi syarat-syarat di bawah ini:
a. Karakter pertama tidak menggunakan angka;
b. Karakter kedua berupa huruf, angka, garis bawah,;
c. Tidak menggunakan spasi;
d. Bersifat case sensitive, yaitu huruf kapital dan huruf kecil dianggap berbeda;
e. Tidak boleh menggunakan kata-kata yang merupakan sintaks atau operator
dari bahasa C.
Contoh menggunakan pengenal yang diperbolehkan:
1. Nama
2. _nama
3. Nama2
4. Nama_pengenal
Contoh penggunaan pengenal yang tidak diperbolehkan:
1. 2nama
2. Nama+2
3. Nama pengenal
Universitas Sumatera Utara
23
2.10.2 Tipe Data
Pemberian signed dan unsigned pada tipe data menyebabkan jangkauan dari
tipe berubah. Pada unsigned menyebabkan tipe data akan selalu bernilai positif
sedangkan signed menyebabkan nilai tipe data bernilai negatif dan memungkinkan
data bernilai positif. Perbedaan nilai tipe data dapat kita lihat pada tabel di bawah ini.
Tabel 2.1 Tipe Data
Pemodifikasi Tipe
Persamaan
Jangkauan Nilai
Signed char
Char
-128 s/d 127
Signed int
Int
-32.768 s/d 32.767
Signed short int
Short, signed short
-32.768 s/d 32.767
Signed long int
Long, long int, signed
-2.147.483.648 s/d 2.147.483.647
long
Unsigned char
Tidak ada
0 s/d 255
Unsigned int
Unsigned
0 s/d 65.535
Unsigned short int
Unsigned short
0 s/d 65.535
Unsigned long int
Unsigned long
0 s/d 4.294.967.295
2.10.3 Header
Header digunakan untuk menginstruksikan kompiler untuk menyisipkan file
lain. Di dalam file header ini tersimpan deklarasi, fungsi, variable, dan jenis
mikrokontroler yang kita gunakan (pada software Code Vision AVR). File-file yang
berakhiran .h disebut file header. File header yang digunakan untuk mendefinisikan
jenis mikrokontroler yang digunakan berfungsi sebagai pengarah yang mana
pendeklarasian register-register yang terdapat program difungsikan untuk jenis
mikrokontroler apa yang digunakan ( pada software Code Vision AVR ).
Contoh:
#include
#include
#include
Universitas Sumatera Utara
24
2.10.4 Operator Aritmatika
Operator aritmatika digunakan untuk melakukan proses perhitungan
matematika. Fungsi-fungsi matematika yang terdapat pada bahasa C dapat dilihat
pada tabel di bawah ini.
Tabel 2.2 Operator Aritmatika
Operator
Keterangan
+
Operator untuk penjumlahan
-
Operator untuk pengurangan
*
Operator untuk perkalian
/
Operator untuk pembagian
%
Operator untuk sisa bagi
2.10.5 Operator Pembanding
Operator pembanding digunakan untuk membandingkan 2 data atau lebih.
Hasil operator akan di jalankan jika pernyataan benar dan tidak dijalankan jika salah.
Operator pembanding dapat kita lihat pada tabel di bawah ini.
Tabel 2.3 Operator Pembanding
Operator
Contoh
Keterangan
==
x= = y
Bernilai benar jika kedua data bernilai sama
!=
x!=y
Bernilai benar jika kedua data tidak sama
>
x>y
Bernilai benar jika x lebih besar dari y
<
x=
x >= y
Bernilai benar jika x lebih besar atau sama dengan y
2.10.6 Operator Logika
Operator logika digunakan untuk membentuk logika dari dua pernyataan atau
lebih. Operator logika dapat dilihat pada tabel di bawah ini.
Universitas Sumatera Utara
25
Tabel 2.4 Operator Logika
Operator
Keterangan
&&
Logika AND
||
Logika OR
!
Logika NOT
2.11 Keypad
Keypad adalah bagian penting dari suatu perangkat elektronika yang
membutuhkan interaksi manusia. Keypad berfungsi sebagai interface antara
perangkat (mesin) elektronik dengan manusia atau dikenal dengan istilah HMI
(Human Machine Interface). Matrix keypad 4×4 pada artikel ini merupakan salah
satu contoh keypad yang dapat digunakan untuk berkomunikasi antara manusia
dengan mikrokontroler. Matrix keypad 4×4 memiliki konstruksi atau susunan yang
simple dan hemat dalam penggunaan port mikrokontroler. Konfigurasi keypad
dengan susunan bentuk matrix ini bertujuan untuk penghematan port mikrokontroler
karena jumlah key (tombol) yang dibutuhkan banyak pada suatu sistem dengan
mikrokontroler. Konstruksi matrix keypad 4×4 untuk mikrokontroler dapat dibuat
seperti pada gambar berikut.
Gambar 2.12 Keypad
Proses scaning untuk membaca penekanan tombol pada matrix keypad 4×4
untuk mikrokontroler diatas dilakukan secara bertahap kolom demi kolom dari
kolom pertama sampai kolom ke 4 dan baris pertama hingga baris ke 4. Program
untuk scaning matrix keypad 4×4 dapat bermacam-macam, tapi pada intinya sama.
Universitas Sumatera Utara
26
Misal kita asumsikan keyapad aktif LOW (semua line kolom dan baris dipasang
resistor pull-up) dan dihubungkan ke port mikrokontrolr dengan jalur kolom adalah
jalur input dan jalur baris adalah jalur output maka proses scaning matrix keypad
4×4.
Universitas Sumatera Utara