2. Mid Infra Merah 1.50 - 10 µm
Mid IR atau MIR, yaitu infra merah dengan panjang gelombang menengah
=1.50-10µm, banyak digunakan pada teropong bintang pada Observatorium.
3. Far Infra Merah 10 - 100 µm
Far IR atau FIR, yaitu infra merah dengan gelombang panjang =10-100µm
digunakan pada alat-alat kesehatan, yang kemudian dikembangkan lagi pada bidang-bidang lainnya, seperti keamanan di bandara berupa pengecekkan senjata
biasa, senjata kimia, senjata biologi serta senjata lainnya serta dapat dimanfaatkan sebagai media pengirim dan penerima data dalam jalur komunikasi wireless.
2.3 Gelombang Ultrasonic
Gelombang Ultrasonik atau gelombang suara yaitu suatu gelombang yang dirambatkan sebagai gelombang mekanik yang menjalar dalam beberapa medium,
diantaranya medium padat, cair atau pun gas. Gelombang suara ini merupakan getaran antar molekul zat yang saling beradu satu sama lain. Namun demikian zat tersebut
terkoordinasi menjadi suatu gelombang dan mentransmisikan energi tampa adanya perpindahan partikel.
Gambar 2.2. Pembagian rentang Frekuensi gelombang Akustik Gelombang ultrasonik merupakan gelombang mekanik dengan frekuensi diatas
20 kHz sehingga tidak terdengar oleh telinga manusia. Gelombang ini banyak dimanfaatkan dalam bidang dunia industri, maritim, dan kedokteran. Dalam dunia
industri sering dijumpai pengukuran ketinggian atau sound test untuk melihat retakan pada material, sedangkan didunia kedokteran gelombang ultrasonik digunakan sebagai
ultrasonografi pada alat USG.
Universitas Sumatera Utara
2.4 Prangkat Keras Sistem
2.4.1 Mikrokontroler
Dalam merancang aplikasi elektronika digital dibutuhkan sebuah alatkomponen yang dapat menghitung, mengingat, dan mengambil pilihan serta digunakan sebagai
pemrosesan data. Kemampuan ini dimiliki oleh sebuah komputer, namun tidaklah efisien jika harus menggunakan komputer hanya untuk keperluan tersebut. Untuk itu
peran komputer dapat digantikan dengan sebuah minimun sistem mikrokontroler. Sistem kerja Mikrokontroler sama dengan mikroprosesor, namun
mikrokontroller lebih efisien untuk keperluan aplikasi elektronika digital sederhana dikarenakan pada device ini sudah terdapat RAM, ROM, dan prosesor dalam satu
chip. Mikrokontroler seri MCS-51 termasuk sederhana, murah dan mudah didapat dipasaran. Salah satu mikrokontroler seri MCS-51 adalah mikrokontroler AT89S51.
2.4.1.1 Arsitektur Mikrokontroler AT89S51
Mikrokontroler AT89S51
adalah mikrokontroler
keluaran ATMEL.Inc.
Mikrokontroler ini
kompatibel dengan
keluaran mikrokontroler
80C51. Mikrokontroller AT89S51 terdiri dari 40 pin dan sudah memiliki memory flash
didalamnya, sehingga sangat praktis untuk digunakan. Berikut diagram blok AT89S51 secara umum terdapat 4 port untuk IO serta tersedianya akumulator, RAM, Stac
pointer, ALU, pengunci latch dan rangkaian osilasi.
Gambar 2.3 Bentuk fisik mikrokontroller AT89S51
Universitas Sumatera Utara
Beberapa kemampuan fitur yang dimiliki adalah sebagai berikut : 1.
Memiliki 4K Flash EPROM yang digunakan untuk menyimpan program. Flash EPROMErasable Programmable Read Only Memory dapat ditulis dan
dihapus sebanyak 1000 kali menurut manual. 2.
Memiliki internal RAM 128 byte. RAM Random Access Memory, suatu memori yang datanya akan hilang bila
catu padam, diakses secara random, tidak sekuensial, artinya dialamat mana saja dapat dicapai secara langsung dengan cepat.
3. 4 buah 8-bit IO InputOutput port
Port ini berfungsi sebagai terminal input dan output. Selain itu, dapat digunakan sebagai terminal komunikasi paralel, serta komunikasi serial pin10 dan 11.
4. Dua buah timercounter 16 bit.
5. Operasi clock dari 0 hingga 24 MHz
6. Program bisa diproteksi, sehingga tidak dapat dibaca oleh orang lain.
7. Menangani 6 sumber interupsi.
2.4.1.2 Spesifikasi penting AT89S51 :
Untuk mendukung fungsi pengendalian, mikrokontroller AT89S51 memiliki spesipikasi yaitu:
1. Tegangan kerja 4-5.0V .
2. Bekerja dengan rentang 0
– 33MHz. 3.
256x8 bit RAM internal. 4.
32 jalur I0 dapat deprogram. 5.
3 buah 16 bit TimerCounter. 6.
8 sumber interrupt. 7.
Saluran full dupleks serial UART yang dapat digunakan sebagai media transfer data serial atau pun parallel ke PC.
8. Dua data pointer.
Universitas Sumatera Utara
Berikut adalah gambar susunan pin pada Mikrokontroller AT89S51:
Gambar 2.4 Susunan Pin pada Mikrokontroller AT89S51 Keterangan fungsi-fungsi masing-masing pin adalah sebagai berikut :
Pin 40 : Vcc, Masukan catu daya +5 volt DC
Pin 20 : Gnd, Masukan catu daya 0 volt DC
Pin 32-39 : P0.0-P0.7, Port inputoutput delapan bit dua arah yang juga dapat
berfungsi sebagai bus data dan bus alamat bila mikrokontroler menggunakan memori luar eksternal.
Pin 1-8 : P1.0-P1.7, Port inputoutput dua arah delapan bit dengan internal
pull up. Pin 10-17
: P3.0-P3.7Port inputoutput delapan bit dua arah, selain itu Port 3 juga memiliki alternativef fungsi sebagai :
RXD pin 10 : Port komunikasi input serial
TXD pin 11 : Port komuikasi output serial
Universitas Sumatera Utara
INT0 pin 12 : Saluran Interupsi eksternal 0 aktif rendah
INT1 pin 13 : Saluran Interupsi eksternal 1 aktif rendah
T0 pin 14 : Input Timer 0
T1 pin 15 : Input Timer 1
WR pin 16 : Berfungsi sebagai sinyal kendali tulis, saat prosesor akan menulis
data ke memori IO luar. RD pin 17
: Berfungsi sebagai sinyal kendali baca, saat prosesor akan membaca data dari memori IO luar.
Pin 9 : RESET, Pin yang berfungsi untuk mereset mikrokontroller
AT89S51 ke keadaan awal. Pin 30
: ALE Address Latch Enable, berfungsi menahan sementara alamat byte rendah pada proses pengalamatan ke memori eksternal.
Pin 29 : PSEN Program Store Enable, Sinyal pengontrol yang berfungsi
untuk membaca program dari memori eksternal. Pin 31
: EA, Pin untuk pilihan program, menggunakan program internal : atau eksternal. Bila „0‟, maka digunakan program eksternal.
Pin 19 : X1, Masukan ke rangkaian osilator internal. Sumber osilator
eksternal atau quartz crystal kristal dapat digunakan. Pin 18
: X2, Masukan ke rangkaian osilator internal, koneksi quartz crystal atau tidak dikoneksikan apabila digunakan eksternal osilator.
Universitas Sumatera Utara
2.4.1.3 Struktur Pengoperasian Port
Struktur pengoperasian port terdiri atas :
a. Port InputOutput
One chip mikrokontroller ini memiliki 32 jalur port yang dibagi menjadi 4 buah port 8 bit. Masing-masing port ini bersifat bidirectional sehingga dapat digunakan sebagai
input port atau output port. Pada bok diagram AT89S51 dapat dilihat latch tiap bit pada keempat port : port 0, port 1, port 2, port 3. Masing-masing jalur port terdiri dari
latch, output driver dan input buffer. Port 0 dan port 2 dapat digunakan sebagai saluran data dan alamat. Port 0 sebagai saluran data, sedangkan port 2 sebagai saluran
data dan alamat sekaligus yang dimultipleks. Untuk mengakses memory eksternal, port 0 akan mengeluarkan alamat bawah memori eksternal yang dimultipleks dengan
data yang dibaca dan ditulis. Sedangkan port 2 mengeluarkan bagian atas memory
eksternal sehingga total alamat semuanya 16 bit.
Latch yang digunakan dapat dipresentasikan dengan D-FlipFlop. Data dari bus internal di-latch saat CPU memberi sinyal tulis ke latch dan output latch diberikan ke
bus internal sebagai respon dari sinyal baca pin dari CPU. Beberapa instruksi yang berfungsi membaca port mengaktifkan sinyal baca latch dan yang lain mengaktifkan
sinyal baca pin. Port 1, port 2, dan port 3 mempunyai pull-up internal, sedangkan port 0 dengan open drain. Masing-masing jalur IO dapat digunakan sebagai input atau
output. Bila digunakan sebagai input, port latch harus 1. Untuk port 1, 2 dan 3, pin-pin akan di pull-up tinggi oleh pull-up internal, dan bisa juga di pull-up rendah dengan
sumber eksternal. b.
TimerCounter One chip mikrokontroller ini memilik dua timer yang dapat dikonfigurasikan
beroperasi sebagai timer atau counter. Saat berfungsi sebagai timer, isi register timer ditambah 1 untuk tiap siklus mesin, sedangkan untuk fungsi counter isi register akan
bertambah 1 setiap ada transisi sinyal pada pin input eksternal. Pada pemanfaatan sebagai counter, sinyal input yang dimaksudkan dapat
berupa low level atau falling edge trigger. Counter akan mencacah setiap masukan
Universitas Sumatera Utara
yang ada sesuai inisialisasi harga awal dari counter pada nilai hitungan untuk tiap sampling. Inisialisasi harga awal ini berupa nilai preset negatif counter yang diatur
sebelum counter dijalankan. Demikian halnya dengan pemanfaatan timer yang memerlukan inisialisasi
awal berupa konstanta waktu yang menentukan sampai berapa lama akan terjadi roll over. Penentuan harga preset ini berhubungan dengan penggunaan frekuensi clock dari
sistem penentu waktu sampling dari counter untuk mencacah suatu pulsa masukan dari luar dengan memanfaatkan kontrol interupsi yang ada serta pengaturan program.
Sebagai tambahan pada pemilihan countrtimer, timer 0 dan timer 1 mempunyai 4 buah modul yang dapat dipilih dengan menentukan pasangan bit M0 dan M1 pada
register TMOD. Untuk pemilihan timercounter dikontrol dengan bit CT di TMOD. 1.
Mode 0 Pada mode ini timer register dikonfigurasikan sebagai register 13 bit. Ke-13 bit
register tersebut terdiri dari 8 bit TH1 dan 5 bit TL1. Selama perhitungan roll over dari semua 1 ke semua 0, TF1 Timer Interrupt Flag di set. Pada dasarnya operasi
mode 0 sama untuk timer 0 dan timer . 2.
Mode 1 Mode 1 adalah timer register 16 bit dan dapat generator boudrate. Operasi mode 1
sama dengan mode 0. 3.
Mode 2 Mode 2 adalah timer register dengan konfigurasi 8 bit counter TL1 auto reload.
Overflow dari TL1 tidak hanya menset TF1 tapi juga mereload TL1 dengan isi TH1. Setelah reload isi TH1 tidak akan berubah. Operasi mode ini juga sama dengan
timercounter 0. 4.
Mode 3 Pada mode ini timer 1 tidak akan bekerja. Sedangkan timer 0 menjadi 2 counter yang
terpisah. TL0 digunakan sebagai bit kontrol untuk timer 0; CT, GATE, TR0, INT0, dan TF0 seolah-olah mengontrol timer 1.
Universitas Sumatera Utara
2.4.2 Sensor
Definisi umum sensor adalah perangkat atau divais yang digunakan untuk merubah suatu besaran fisis atau kimia menjadi besaran listrik sehingga dapat dianalisa dengan
rangkaian listrik tertentu [Jacob Fraden,2004]. Sensor dapat diklasifikasikan sesuai dengan jenis transfer energi yang dapat dideteksi yaitu:
a. sensor Thermal
Sensor thermal adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi gejala perubahan panastemperatursuhu pada suatu dimensi benda atau dimensi ruang tertentu.
Contohnya thermocouple, Resistan Temprature Detektor RTD. Kedua contoh tersebut menggunakan prisip termoelektris. Dua buah logam metal konduktor diatur
suhunya pada salah satu logam sehingga jika terjadi perbedaan suhu akan menghasilkan tegangan listrik yang variabel.
b. Sensor Radiasi Optik
Sensor optik adalah sensor yang dapat mendeteksi perubahan cahaya dari sumber cahaya, pantulan cahaya ataupun bias cahaya yang mengenai benda atau ruangan.
Prinsip kerja dari sensor cahaya yaitu mengubah energi foton menjadi elektron. Dimana 1 foton akan membangkitkan 1 elektron. Penggunaan sensor cahaya sangat
luas, yang paling populer dan sering digunakan adalah kamrea digital. Pada saat ini juga sudah ada alat yang digunakan untuk mengukur cahaya yang mempunyai 1 buah
foton saja, sebagai contohnya yaitu photo cell, phototransistor, photodioda, photo voltaik, photomultiplier, pyrometer optic.
c. Sensor Mekanik
Sensor mekanis yaitu sensor yang mendeteksi perubahan gerak mekanis, seperti perpindahan atau pergeseran posisi, gerak lurus atau melingkar, tekanan, aliran, level
dan lain sebagainya. Prinsip kerja dari sensor mekanis yaitu mengubah besaran mekanik menjadi sinyal-sinyal elektrik digital Contoh: Strain gauge, Linear Variabel
Defrential Transformer LVDT, Proximity sensing ping parallax.
Universitas Sumatera Utara
2.4.2.1 Tranduser Ultra Sonic
Sensor ultra sonic merupakan sensor yang bekerja dengan memanfaatkan gelombang ultrasonic dengan cara memancarkan gelombang ultrasonik pada frekuensi 40 KHz
dan kemudian pantulan dari objek akan ditangkap oleh receiver sensor, dengan demikian akan terjadi beda potensial pada kedua blok transmitter dan receiver. Beda
potensial inilah yang akan membangkitkan pulsa, sehingga lamanya pancaran dari transmitter yang memantul pada objek dan tertangkap oleh receiver dapat
mengindikasi jarak suatu objek dari pangkal sensor.
2.4.2.2 Sensor Ultra Sonic Ping Parallax
Sensor ultrasonic digunakan untuk mengetahui jarak suatu objek dengan cara memancarkan gelombang ultra sonic pendek, kemudian menunggu pantulan yang
dipancarkan tesebut kembali ke sensor. Pada perinsipnya pengendalian sensor ultra sonic menggunakan mikrokontroller yaitu untuk mengeluarkan pulsa pemicu. Di
bagian Transmitter Tx gelombang pendek yang di pancarkan sebesar 40Khz akan melalui udara kira
– kira 1130 ftS, membentur suatu objek dan kemudian kembali ke sensor dengan diterima pada bagian Reciver Rx. Sensor ultra sonic memiliki 3 kaki
pin yang berfungsi sebagai berikut: a.
Pin Ground b.
Pin supply c.
Pin Input dan Output
Gambar 2.5 Sensor Ultrasonik ping parallax Spesifikasi sensor :
a. Kisaran pengukuran 3cm-3m.
b. Input trigger –positive TTL pulse, 2µS min., 5µS tipikal.
Universitas Sumatera Utara
c. Echo hold off 750uS dari fall of trigger pulse.
d. Delay before next measurement 200uS.
e. Burst indicator LED menampilkan aktifitas sensor.
Keluaran sensor ini yaitu sebuah pulsa Frekwensi yang berhubungan langsung dengan waktu yang dibutuhkkan gelombang yang tepantul samapai
kebagiain Rx. Dengan mengukur waktu dari gelombang pantulan yang sampai ke sensor ini maka jarak objek dapat dihitung. Sensor Ping mendeteksi jarak obyek
dengan cara memancarkan gelombang ultrasonik 40 kHz sela ma tBURST 200 s
kemudian mendeteksi pantulannya. Sensor Ping memancarkan gelombang ultrasonic sesuai dengan kontrol dari mikrokontroler pengendali pulsa trigger dengan tOUT
min. 2 s. Gelombang ultrasonik ini melalui udara dengan kecepatan 344 meter per detik, mengenai obyek dan memantul kembali ke receiver sensor.
Untuk menghitung waktu yang dibutuhkan setiap 1cm pada gelombang pantulan dapat dihitung dengan menggunakan rumus :
� =
� � � �
........................................................
1 Dimana:
s = Jarak pantulan m v = Kecepatan rambat gelombang ultra sonic pada udara 344 ms
t = waktu s Dari rumus di atas maka dapat dihitung berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk
jarak tiap 1cm yaitu: 10
−2
m = 344
∗ 2
=
2 ∗10
−2
344
= 58,14 10
−6
= 58,14 µ
Maka didapat waktu setiap 1cm gelombang ultra sonic akan membutuhkan waktu tempuh t yaitu sebesar 58,14 µ . Sehingga untuk menentukan jarak objek dengan
menghitung dengan lamanya waktu tempuh gelombang maksimal dari sensor dapat
Universitas Sumatera Utara
dihitung dengan membandingkan waktu pantulan t
p
dengan waktu per cm t lalu dikalikan dengan 1cm.
Gambar 2.6 Diagram Waktu Sensor Ping Sensor Ping mengeluarkan pulsa output high pada pin SIG setelah
memancarkan gelombang ultrasonik dan setelah gelombang pantulan terdeteksi Ping akan membuat output low pada pin SIG. Lebar pulsa High tIN akan sesuai dengan
lama waktu tempuh gelombang ultrasonik untuk 2x jarak ukur dengan obyek. Maka jarak yang diukur adalah :
=
� ∗344 2
...........................................................2
Gambar 2.7. Jarak Ukur Sensor Ping
2.4.3 Max232
Untuk dapat berkomunikasi antara mikrokontroller dengan komputer, maka diperlukan suatu penyetaraan level tegangan. Besarnya level tegangan komunikasi
serial Level Tegangan RS232 adalah -25 s.d -3 V untuk logika high 1 dan +3 s.d
Universitas Sumatera Utara
+25 V untuk logika low 0. Hal ini sangat berbeda dengan level tegangan pada mikrokontroller Level Tegangan TTLCMOS dimana untuk logika high 1 level
tegangannya adalah 5 V dan untuk logika low 0 level tegangannya adalah 0 V. Oleh karena itu diperlukan sebuah antarmuka yang dapat menyamakan level tegangan dari
komunikasi serial pada komputer dengan mikrokontroller, yaitu IC RS232 produksi MAXIM yang disebut MAX232.
MAX232 adalah saluran driverreceiver ganda yang termasuk pembangkit tegangan kapasitip yang menyediakan level tegangan RS232 dari sebuah sumber
tegangan 5V. Setiap receiver pada IC MAX232 ini mengkonversikan level tegangan RS232 ke level tegangan TTLCMOS sebesar 5 V. Dan setiap receiver ini mempunyai
ambang batas sebesar 1.3 V, dan histeresis sebesar 0.5 V, serta dapat menerima masukan level tegangan ±30 V. Sedangkan untuk setiap driver pada IC MAX232 ini
mengkonversikan level tegangan masukan TTLCMOS menjadi level tegangan RS232.
Gambar 2.8 Skema Diagram IC MAX232
Universitas Sumatera Utara
2.4.4 Komunikasi Serial RS232
RS232 adalah standar komunikasi serial yang didefinisikan sebagai antarmuka antara perangkat terminal data dan perangkat komunikasi data menggunakan pertukaran data
biner secara serial. Untuk melakukan komunikasi serial dengan standar RS232 digunakan IC Max 232 sebagai sebagai driver, yang akan mengkonversi tegangan atau
kondisi logika TTL dari hardware agar sesuai dengan tegangan pada komputer mikrokontroller ataupun sebaliknya sehingga data dapat dibaca.
Komunikasi RS-232 dilakukan secara asinkron asynchronous, yaitu komunikasi serial yang tidak memiliki clock bersama antara pengirim dan penerima,
masing-masing dari pengirim maupun penerima memiliki clock sendiri. Yang dikirimkan dari pengirim ke penerima adalah data dengan baudrate tertentu yang
ditetapkan sebelum komunikasi berlangsung. Setiap word atau byte disinkronkan dengan start bit, stop bit dan clock internal masing-masing pengirim atau penerima
data.
Gambar 2.9 Gelombang informasi untuk komunukasi serial Data yang dikirimkan dengan cara seperti pada gambar 2.7 ini disebut data
yang terbingkai to be framed oleh start dan stop bit. Jika stop bit dalam keadaan LOW, berarti telah terjadi framing error. Biasanya hal ini terjadi karena perbedaan
kecepatan komunikasi antara pengirim dengan penerima. Bentuk gelombang komunikasi serial dengan 8-bit data, tanpa parity, 1 stop bit. Pada keadaan idle atau
menganggur, jalur RS-232 ditandai dengan mark state atau logika high. Pengiriman data diawali dengan start bit yang berlogika 0 atau LOW, berikutnya data dikirimkan
bit per bit mulai dari LSB Least Significant Bit atau bit ke-0. Pengiriman setiap byte diakhiri dengan stop bit yang berlogika HIGH.
Selanjutnya jika kondisi LOW setelah stop bit, ini adalah start bit yang menandakan data berikutnya akan dikirimkan. Jika tidak ada lagi data yang ingin
dikirim, maka jalur transmisi ini akan dibiarkan dalam keadaan HIGH. Ada yang
Universitas Sumatera Utara
disebut „break signal‟, yaitu keadaan LOW yang lamanya cukup untuk mengirimkan 8-bit data. Jika pengirim menyebabkan jalur komunikasi dalam keadaan seperti ini,
penerima akan menganggap ini adalah „break signal‟ atau sinyal rusak. Secara ringkas, pengiriman data cukup dilakukan dengan mengisi register SBUF dengan data
yang akan dikirimkan, byte selanjutnya dikirim ketika bit TI berubah menjadi HIGH. Sedangkan penerimaan ada cukup dilakukan dengan mengambil data dari SBUF
setelah bit RI menjadi HIGH. Untuk menghubungkan RS232 dengan mikrokontroller dapat dilakukan dengan cara
mensinkronkan tegangan TTL antar device. Standar sinyal serial RS232 memiliki ketentuan level tegangan sebagai berikut:
1. Logika „1‟ disebut „mark‟ terletak antara -3 volt hingga -25 volt.
2. Logika „0‟ disebut „space‟ terletak antara +3 volt hingga +25 volt.
3. Daerah tegangan antara -3 volt hingga +3 volt adalah invalid level, yaitu daerah
tegangan yang tidak memiliki level logika pasti sehingga harus dihindari. Demikian juga level tegangan lebih negatif dari -25 volt atau lebih positif dari
+25 volt juga harus dihindari karena dapat merusak line driver pada saluran RS232. Berikut konfigurasi dari RS232 DB9-connector.
Gambar 2.10 Konfigurasi pin konektor serial DB 9
Universitas Sumatera Utara
Keterangan mengenai fungsi saluran RS232 pada konektor DB9 adalah sebagai berikut:
1. Receive Line signal detect, dengan saluran ini DCE Data Circuit-Terminating
Equipment memberitahukan ke DTE Data Terminal Equipment bahwa pada terminal input mendeteksi adanya data yang masuk.
2. Receive Data, digunakan DTE menerima data dari DCE.
3. Transmit Data, digunakan DTE mengirimkan data ke DCE.
4. Data Terminal Ready, pada saluran ini DTE memberitahukan kesiapan
terminalnya. 5.
Signal Ground, digunakan untuk saluran ground. 6.
Ring Indicator, pada saluran ini DCE memberitahukan ke DTE bahwa sebuah device menghendaki untuk berhubungan dengan sistem.
7. Clear To Send, dengan saluran ini DCE memberitahukan bahwa DTE dapat mulai
mengirimkan data. 8.
Request To Send, dengan saluran ini DCE diminta untuk mengirim data oleh DTE.
9. DCE Ready, sinyal aktif pada saluran ini menunjukkan bahwa DCE sudah dapat
digunakan.
2.5 Perangkat Lunak sistem