T1__BAB II Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Perancangan Prototype Alat Penakar Adonan Tepung Kue Donat T1 BAB II

BAB II
DASAR TEORI
Bab ini membahas mengenai dasar teori dan hubungan antar perangkat keras
yang digunakan yaitu mikrokontroler, Load Cell dan HX711, modul 7 segmen,
motor servo HS-5645MG, motor DC Power Window, motor DC 12V, modul
UBEC 3A 5-6V regulator, modul relay 12V dengan LED indicator, dan buzzer .
Selain itu juga akan dibahas perangkat lunak yang digunakan sebagai pengendali
utama alat. Berikut ini beberapa teori pendukung yang digunakan sebagai acuan
skripsi ini.

2.1. Mikrokontroler Arduino Mega 2560
Arduino Mega 2560 adalah mikrokontroler berbasis ATmega2560. Mega
2560 memiliki 54 digital input/output pins. Di mana 15 pin di antaranya dapat
digunakan sebagai outputs PWM (Pulse Width Modullation ), 16 analog inputs, 4
UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter ), 16 MHz crystal
oscillator, USB port, power jack, ICSP (In Circuit Serial Programming), dan

tombol reset. Secara keseluruhan, Arduino Mega 2560 mengandung semua
kebutuhan dalam mendukung pengoperasian mikrokontroler.

Tabel 2.1. Spesifikasi arduino Mega 2560.

Microcontroller

ATmega2560

Operating Voltage

5V

Input Voltage (recommended)

7-12V

Input Voltage (limit)

6-20V

Digital I/O Pins

54 (of which 15 provide PWM
output)


Analog Input Pins

16

DC Current per I/O Pin

20mA

DC Current for 3.3V Pin

50mA

5

Flash Memory

256 KB of which 8 KB used by
bootloader


SRAM

8KB

EEPROM

4KB

Clock Speed

16MHz

LED_BUILDIN

13

Length

101.52mm


Width

53.3mm

Weight

37g

Gambar 2.1. Arduino Mega 2560.
2.2. Load Cells dan HX711
Load cells merupakan sebuah transduser yang digunakan untuk mengubah

gaya (Force) menjadi sinyal elektrik. Load cells memanfaatkan teori perubahan
resistansi pada sebuah objek metalik yang dikarenakan sebuah tekanan atau
kerenggangan (Gauge factor). Strain gauge pada load cells menerapkan teori
tersebut dan mendeteksi ada tidaknya perubahan resistansi dikarenakan
kerenggangan. Load cells sendiri terbuat dari besi perenggang dan strain gauge
yang telah disambungkan menjadi satu. Agar dapat mendeteksi kerenggangan
dengan lebih efisien, strain gauge digabungkan pada besi perenggang pada posisi
di mana terjadi kerenggangan paling besar.


6

Gambar 2.2. Letak Strain Gauge pada Load Cells.

Gambar 2.3. Lapisan Strain Gauge.

Tabel 2.2. Spesifikasi Load Cells.
Range

1kg

Excitation voltage

5-15V

Output sensitivity:

1.0±0.15mV/V


Synthetical error

1 per thousand cent of Full Scale

Zero shift

0.05/0.03 㸦30min㸧%F.S

Zero temperature shift

0.05/0.03 %F.S/10°C

Zero output

±0.1mV/V

Input impedance

1055±15Ω


7



Output impedance



Overload capability



Output





1000±5 Ω


Size

200 %F.S
Analog output
33mm*38mm

HX711 adalah 24-bit Analog-to-Digital Converter (ADC) yang didesain
khusus untuk penggunaan timbangan berat dengan presisi yang tinggi. HX711
membutuhkan tegangan 2,6-5,5V dan arus 10mA agar dapat beroperasi.

Gambar 2.4. Pemasangan Load Cells pada HX711

2.3. Modul 7 Segment Common Anode
Modul 7 segment merupakan sebuah modul yang berisikan rangkaian yang
berfungsi untuk mengendalikan tampilan 7 segment . Seven segment sendiri pada
dasarnya merupakan gabungan dari beberapa LED yang membentuk pola angka
digital. Untuk menyalakan 7 segment sesuai dengan angka yang diinginkan maka
dibutuhkan sebuah rangkaian seven segment driver. Dalam modul 7 segment ini,
digunakan IC TTL yang berjenis 74HC595. 74HC595 sendiri merupakan IC shift
register dengan masukan tegangan 5V, di mana fungsinya mengubah input yang

berupa data serial menjadi data paralel yang nantinya dihubungkan ke tampilan 7
segment.

8

Gambar 2.5. Modul 7 Segment

2.4. Motor Servo HITEC HS-5645MG
Motor Servo adalah motor yang menggunakan system closed loop sehingga
motor dapat diatur untuk mempertahankan posisinya dengan tingkat presisi yang
tinggi. Pada perancangan ini, motor servo yang digunakan adalah motor servo
non-continuous. Motor servo non-continuous hanya dapat bergerak pada sudut

tertentu kurang dari satu putaran (360 °). Motor servo dikendalikan menggunakan
sistem Pulse Width Modulation (PWM) atau modulasi lebar pulsa. Motor servo
memiliki 3 pin. Yaitu : VCC, DATA, GND. Apabila pin diberi pulsa dengan
waktu high 1ms, maka akan bergerak ke posisi 0°. Sedangkan apabila diberi pulsa
high selama 2ms, maka akan bergerak ke posisi 180°. Pemberian pulsa high di

antara 1ms-2ms menyebabkan motor servo bergerak ke posisi antara 0° - 180°.


Gambar 2.6. Sistem kerja servo berdasarkan pulse yang di terima

9

Untuk dapat bekerja dan mempertahankan posisinya, motor servo perlu
diberi suplai pulsa tersebut sebanyak 30-60 kali perdetik. Hal ini sering disebut
sebagai refresh rate. Refresh rate yang terlalu rendah dapat menyebabkan
rendahnya akurasi, waktu respon dan torsi. Pemberian refresh rate yang terlalu
tinggi dapat menyebabkan motor terus mengkoreksi posisinya sehingga membuat
rangkaian menjadi panas dan cepat rusak. Servo memiliki bagian-bagian yang
penting, seperti output shaft, gear , output bearing, motor, potensiometer, dan
driver board. Servo mempertahankan posisi output shaft dengan menggunakan

umpan balik nilai dari potensiometer. Nilai dari potensiometer digunakan untuk
memutar motor yang dikendalikan oleh driver circuit board.
HS-5645MGsendiri memiliki spesifikasi sebagai berikut:
Tabel 2.3. Spesifikasi HS-5645MG
Dimensions


1.59" x 0.77"x 1.48" (40.6 x 19.8 x
37.8mm)

Product Weight

2.1oz. (60g)

Output Shaft Style

24 tooth (C1) spline

Voltage Range

4.8V - 6.0V

No-Load Speed (4.8V)

0.23sec/60°

No-Load Speed (6.0V)

0.18sec/60°

Stall Torque (4.8V)

143oz/in. (10.3kg.cm)

Stall Torque (6.0V)

168 oz/in. (12.1kg.cm)

Pulse Amplitude

3-5V

Operating Temperature

-20°C to +60°C

Current Drain - idle (4.8V)

8.8mA

Current Drain - idle (6.0V)

9.1mA

Current Drain - no-load (4.8V)

400mA

Current Drain - no-load (6V)

500mA

10

Continuous Rotation Modifiable

Yes

Direction w/ Increasing PWM Signal

Clockwise

Deadband Width

8µs

2.5. Motor DC
Motor DC adalah jenis motor listrik yang bekerja menggunakan sumber
tegangan DC. Motor DC atau motor arus searah sebagaimana namanya,
menggunakan arus langsung dan tidak langsung/direct-unidirectional. Motor
DC digunakan pada penggunaan khusus di mana diperlukan penyalaan torque
yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatan yang luas.
2.5.1

Motor DC Power Window
Motor power window merupakan sebuah motor DC dengan masukan 12V.

Motor ini biasa digunakan pada sistem power window mobil, di mana motor
power window ini berputar searah atau berlawanan arah jarum jam untuk

menaikturunkan jendela mobil. Motor power window memiliki kecepatan tanpa
beban 90rpm dengan arus tanpa beban 2,8A dan mencapai 9,0A saat memiliki
beban. Torsi dari power window sendiri adalah 30 kg.cm.

Gambar 2.7. Motor DC Power Window

11

2.5.2

Motor DC 12V 20 RPM
Motor DC 12V 20RPM adalah sebuah motor DC dengan masukan 12V

dengan arus penggunaan arus 1,2A. Motor ini memiliki kekuatan torsi 12 kg.cm
dan kecepatan 20rpm.

Gambar 2.8. Motor DC 12V 20rpm

2.6. Modul Regulator 3A 5-6V

UBEC ( Universal Battery Elimination

Circuit)

UBEC merupakan rangkaian untuk mengubah tegangan, tinggi ke rendah
atau sebaliknya, memerlukan rangkaian yang tepat, agar daya dapat dikirimkan
dengan tingkat efisiensi setinggi mungkin. Namun ada juga SBEC (Switching
Battery Ellimination Circuit) di mana secara keseluruhan kegunaannya sama

dengan UBEC, hanya saja SBEC memiliki kualitas di bawah UBEC.
Untuk menurunkan tegangan dengan menggunakan IC regulator seperti
7805, sangat umum digunakan. Regulator ini memiliki kemampuan menangani
arus hingga 3A, dengan Vin 5,5-26V, untuk menghasilkan output 5-6V.

Gambar 2.9. Modul Regulator 3A 5-6V UBEC

12

2.7. Modul Relay 12V dengan LED Indikator
Relay adalah Saklar (Switch) yang dioperasikan secara listrik dan merupakan
komponen elektromekanikal yang terdiri dari 2 bagian utama yakni Elektromagnet
(Coil) dan Mekanikal (seperangkat kontak saklar/Switch). Relay menggunakan
prinsip elektromagnetik untuk menggerakkan kontak saklar sehingga dengan arus
listrik yang kecil (low power ) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih
tinggi. Sebagai contoh, dengan relay yang menggunakan elektromagnet 12V
mampu menggerakan Armature Relay (yang berfungsi sebagai saklarnya) untuk
menghantarkan listrik 12V dengan arus 20A.
Titik Kontak (Contact Point) Relay terdiri dari 2 jenis yaitu :



Normally Closed (NC) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu

berada di posisi CLOSE (tertutup)
Normally Open (NO) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu

berada di posisi OPEN (terbuka)

Gambar 2.10. Struktur dalam relay
Berdasarkan gambar di atas, sebuah Besi (Iron Core) yang dililit oleh
sebuah kumparan Coil yang berfungsi untuk mengendalikan Besi tersebut.
Apabila Kumparan Coil diberikan arus listrik, maka akan timbul gaya
Elektromagnet yang kemudian menarik Armature untuk berpindah dari Posisi
sebelumnya (NC) ke posisi baru (NO) sehingga menjadi Saklar yang dapat
13

menghantarkan arus listrik di posisi barunya (NO). Posisi di mana Armature
tersebut berada sebelumnya (NC) akan menjadi OPEN atau tidak terhubung. Pada
saat tidak dialiri arus listrik, Armature akan kembali lagi ke posisi Awal
(NC). Coil yang digunakan oleh Relay untuk menarik Contact Poin ke Posisi
Close pada umumnya hanya membutuhkan arus listrik yang relatif kecil.

Gambar 2.11. Relay
2.8. Buzzer
Buzzer adalah sebuah alat yang mengubah getaran listrik menjadi getaran

suara. Buzzer terdiri dari kumparan yang terpasang pada diafragma dan kemudian
kumparan tersebut dialiri arus sehingga menjadi elektromagnet, kumparan tadi
akan tertarik ke dalam atau keluar, tergantung dari arah arus dan polaritas
magnetnya, karena kumparan dipasang pada diafragma, maka setiap gerakan
kumparan akan menggerakkan diafragma secara bolak-balik sehingga membuat
udara bergetar yang akan menghasilkan suara. Buzzer biasa digunakan sebagai
indikator (alarm) bahwa proses telah selesai atau terjadi suatu kesalahan pada
sebuah alat.

Gambar 2.12. Buzzer 5V

14

2.9. Perangkat Lunak
Perangkat lunak yang digunakan sebagai pengendali utama dalam perancangan
ini adalah Arduino IDE (Integrated Developtment Enviroenment). Arduino IDE
adalah sebuah perangkat lunak yang digunakan untuk memprogram arduino
sehingga dapat melakukan fungsi-fungsi yang diinginkan melalui sintaks
pemprograman. Arduino menggunakan bahasa pemrograman sendiri yang
menyerupai bahasa C. Bahasa pemrograman Arduino (Sketch) sudah dilakukan
perubahan untuk memudahkan pemula dalam melakukan pemrograman dari
bahasa aslinya. Sebelum dijual ke pasaran, IC mikrokontroler Arduino telah
ditanamkan suatu program bernama Bootlader yang berfungsi sebagai penengah
antara compiler Arduino dengan mikrokontroler.
Arduino IDE dibuat dari bahasa pemrograman JAVA. Arduino IDE juga
dilengkapi dengan library C/C++ yang biasa disebut Wiring yang membuat
operasi input dan output menjadi lebih mudah. Arduino IDE ini dikembangkan
dari software Processing yang dirombak menjadi Arduino IDE khusus untuk
pemrograman dengan Arduino.

15