Prinsip kerja pembukapenutup pintu Driver Motor stepper

BAB 2 LANDASAN TEORI PEMBUKAPENUTUP PINTU JARAK JAUH

2.1 Prinsip kerja pembukapenutup pintu

Dalam membuat suatu alat ada beberapa hal yang perlu di perhatikan yaitu bagaimana cara merancang alat yang akan di buat sesuai dasar teori. Sebelum merancang suatu sistem atau rangkaian terlebih dahulu membuat blok diagramnya. pintu Motor stepper Driver stepper motor A T 8 9 S 5 1 Penerima Infra Merah Sinar infra merah Gambar 2.1 Diagram Blok Sistem pembukapenutup pintu jarak jauh Diagram blok merupakan salah satu cara yang paling sederhana untuk menjelaskan cara kerja dari suatu sistem dan memudahkan untuk melokalisir kesalahan dari suatu sistem. Universitas Sumatera Utara Dengan diagram blok kita dapat menganalisa cara kerja rangkian dan merancang hardware yang akan dibuat secara umum. Diagram merupakan pernyataan hubungan yang berurutan dari suatu atau lebih komponen yang memiliki kesatuan kerja tersendiri, dan setiap blok komponen mempengaruhi komponen lainya.

2.2 Sinar Infra Merah

Inframerah adalah radiasi elektromagnetik dari panjang gelombang lebih panjang dari cahaya tampak, tetapi lebih pendek dari radiasi gelombang radio . merah merupakan warna dari cahaya tampak dengan gelombang terpanjang. Radiasi inframerah memiliki jangkauan tiga order dan memiliki panjang gelombang antara 700 nm dan 1 mm berada pada spectrum berwarna merah. Inframerah berarti “bawah merah”, berasal dari bahasa latin infra yang berarti bawah. Memiliki panjang gelombang lebih dari cahaya nampak dan kurang dari mikrogelombang, yaitu diantara 0,75 mikrometer dan 1000 mikrometer. Gelombang inframerah dan milimeter dapat digunakan dengan meluas sebagai saluran komunikasi jarak dekat seperti penggunaan alat kawalan jarak jauh remote control bagi televisi, radio dan sebagainya. Infrared merupakan sebuah cahaya pada panjang gelombang yang titik puncaknya berada di luar respon mata manusia adalah merupakan cahaya yang mempunyai banyak Saat ini telah dikenal berbagai macam gelombang elektromagnetik dengan rentang panjang gelombang tertentu. Spektrum elektromagnetik merupakan kumpulan spectrum dari berbagai panjang gelombang. Sinar infra merah mempunyai panjang gelombang antara 0,75-1000 µm Universitas Sumatera Utara Spektrum sinar matahari terdiri dari sinar tampak dan sinar tidak tampak. Dimana sinar tampak meliputi: merah, orange, kuning, hijau, biru, dan ungu. Sinar yang tidak tampak antara lain: sinar ultraviolet, sinar – X, sinar gamma, sinar kosmik, microwave, gelombang listrik dan sinar inframerah. Gelombang elektromagnetik diantara sinar tampak dan sinar microwave dinamakan sinar inframerah, dengan karakteristik adalah tidak kasat mata atau tidak terlihat, bersifat linier atau menyebar, refraktif atau dapat dipantulkan dan dapat diserap oleh beberapa obyek. Dibawah ini terdapat gambar berdasarkan pembagian panjang gelombang, yaitu: Gambar 2.2 Spektrum Elektromagnetik Dari pembagian daerah spektrum elektromagnetik tersebut diatas, daerah panjang gelombang yang digunakan pada alat spektrofotometer infra merah adalah pada daerah infra merah pertengahan, yaitu pada panjang gelombang 2,5 μm – 50 μm atau pada bilangan gelombang 4.000 – 200 cm. Universitas Sumatera Utara Gelombang elektromagnetik diantara sinar tampak dan sinar microwave dinamakan sinar inframerah, dengan karakteristik adalah tidak kasat mata atau tidak terlihat, bersifat linier atau menyebar, refraktif atau dapat dipantulkan dan dapat diserap oleh beberapa obyek. Pada dasarnya, data yang dikirimkan oleh suatu remote disertai dengan carriernya hal ini dimaksudkan supaya data dapat ditransmisikan untuk mencapai jarak yang lebih jauh, pada 38 KHz. Sinyal high yang dikirimkan oleh remote control ditumpangkan pada Carrier sebesar 38 KHz sehingga sebetulnya di dalam pulsa high tersebut terdapat pulsa- pulsa kecil dengan frekuensi yang lebih tinggi. Dalam hal ini digunakan IC TSOP 1738 sebagai penerima infra merah dari remote control. Akan tetapi tentu saja memerlukan piranti lain supaya data yang dikirimkan dapat diterima oleh mikrokontroller sebagai suatu data digital Untuk itu, sebelum data tersebut diterima oleh mikrokontroller maka carriernya harus dihilangkan, supaya data dapat diolah dengan baik, selain itu tentunya sinyal juga harus dikuatkan dengan baik. Untuk menghilangkan sinyal carrier 38 KHz mula-mula sinyal yang Gambar 2.3 Carrier pada data Universitas Sumatera Utara diterima oleh TSOP 1738 kemudian dilewatkan ke sebuah High Pass Filter HPF yang dibentuk di mana frekuensi yang dilewatkan oleh HPF. Hal ini memenuhi rumus : RC π 2 1 Fo = Lalu sinyal yang cukup kuat tersebut difilter oleh sebuah Low Pass Filter LPF yang dibentuk oleh resistor dan capasitor di mana frekuensi yang dilewatkan oleh LPF dengan rumus yang sama ini sekitar 38 KHz kebawah. Jadi sinyal carrier yang dibawa oleh data tersebut sudah hilang. Sebab, dengan sebuah HPF dan LPF akan terbentuk suatu Band Pass Filter dengan range frekuensi yang dilewatkan adalah 40 Hz – 38 KHz, sehingga untuk frekuensi yang berada di atas dan di bawah renge frekuensi tersebut tidak akan dilewatkan.

2.2.1 Phototransistor IC TSOP 1738

Daerah N pada saat dibias maju Selama perubahan energi ini, elektron akan dibangkitkan, sebagian akan diserap oleh bahan semikonduktor dan sebagian lagi akan dipancarkan sebagai energi cahaya. Tingkatan energi dari elektron dalam atom dinyatakan dengan persamaan dibawah ini: Eg = λ hc dimana: Eg adalah energi dalam elektron volt c adalah kecepatan cahaya λ adalah panjang gelombang h adalah konstanta Plank 6,62. x 10 34 − Js Universitas Sumatera Utara Teori pita energi dapat menerangkan sifat konduksi listrik suatu bahan. Pita energi terdiri atas dua jenis yaitu: 1. Pita valensi terisi penuh oleh 2N elektron di mana N adalah jumlah atom suatu bahan 2. Pita konduksi terisi sebagian elektron atau kosong Di antara pita valensi dan pita konduksi terdapat celah energi yang layak tidak boleh terisi elektron. Hal ini dapat dilihat pada gambar Pita valensi Pita konduksi Eg = energi gav celah energi Gambar 2.4 Inti Elektron Dalam Atom Phototransistor adalah merupakan sebuah transistor yang akan saturasi pada saat menerima sinar infrared dan cut off pada saat tidak ada sinar infrared. IR Module adalah sebuah rangkaian yang terdiri dari sebuah phototransistor dan filter yang terbentuk dalam satu modul di mana collector dari phototransistor adalah merupakan output dari modul ini. Pada saat phototransistor cut off maka tidak terjadi aliran arus dari collector menuju ke emitter sehingga collector yang merupakan output dari IR Module akan berkondisi high. Apabila phototransistor saturasi maka arus mengalir dari collector ke emitter dan output dari IR Module akan berkondisi low. Simbol suatu photo transistor, terlihat bahwa basis dalam keadaan terbuka. Ini merupakan cara yang biasa untuk mengoperasikan suatuphoto transistor. Tingkat Universitas Sumatera Utara sensitivitas cahayanya dapatdikendalikan melalui tahanan basis yang variabel basereturn transistor, tetapi basis biasanya dibiarkan terbukauntuk mendapatkan sensitivitas yang maksimum untukdiberi cahaya. Makin tinggi sensitivitas dari suatu photo transistor, kecepatannya makin rendah. Bentuk fisik fototransistor simbol fototransistor Gambar 2.5 bentuk Fisik Fototransistor dan simbol phototransistor Rangkaian ini berfungsi sebagai sensor penerima cahaya infra merah yang dipancarka oleh rangkaian sumber cahaya infra merah. Rangkaian ini mempunyai komponen utama adalah foto transistor sebagai penerima cahaya dari LED infra merah. Foto transistor ini sudah dilengkapi dengan rangkaian band pass filter yang hanya melewatkan frekuensi antar 30 kHz sampai 50 kHz saja.

2.3 Mikrokontroler AT89S51

Tidak seperti sistem komputer, yang mampu menangani berbagai macam program aplikasi misalnya pengolah kata, pengolah angka, dan lain sebagainya, Microcontroller hanya bisa digunakan untuk satu aplikasi tertentu saja. Perbedaan lainnya terletak pada perbandingan RAM dan ROM-nya. Pada sistem komputer perbandingan RAM dan ROM-nya besar, artinya program-program pengguna disimpan dalam ruang RAM yang relatif besar, sedangkan rutin-rutin antar muka perangkat keras disimpan dalam ruang Universitas Sumatera Utara ROM yang kecil. Sedangkan Pada mikrokontroler, perbandingan ROM dan RAM-nya yang besar artinya program control disimpan dalam ROM yang ukurannya relatif lebih besar, sedangkan RAM digunakan sebagai tempat penyimpanan sederhana sementara, termasuk register-register yang digunakan pada Microcontroller yang bersangkutan. Microcontroller AT89S51 merupakan salah satu keluarga dari MCS-51 keluaran Atmel. Jenis Microcontroller ini pada prinsipnya dapat digunakan untuk mengolah data per bit ataupun data 8 bit secara bersamaan. Pada prinsipnya program pada Microcontroller dijalankan bertahap, jadi pada program itu sendiri terdapat beberapa set instruksi dan tiap instruksi itu dijalankan secara bertahap atau berurutan. Beberapa fasilitas yang dimiliki oleh microcontroller AT89S51 adalah sebagai berikut : Sebuah Central Processing Unit 8 bit Osilatc : internal dan rangkaian pewaktu RAM internal 128 byte Flash memori 4 Kbyte Lima buah jalur interupsi dua buah interupsi eksternal dan tiga buah interupsi internal Empat buah programable port IO yang masing-masing terdiri dari delapan buah jalur IO Sebuah port serial dengan kontrol serial full duplex UART Kemampuan untuk melaksanakan operasi aritmatika dan operasi logika Kecepatan dalam melaksanakan instruksi per siklus 1 mikrodetik pada frekuensi 12 MHz. Universitas Sumatera Utara

2.3.1 Kontruksi AT89S51

Mikrokontroller AT89S51 hanya memerlukan tambahan 3 kapasitor, 1 resistor dan 1 kristal serta catu daya 5 volt. Kapasitor 10 micro-fard dan resistor 10 kilo Ohm dipakai untuk membentuk rangkaian riset. Dengan adanya rangkaian riset ini AT89C4051 otomatis diriset begitu rangkaian menerima catu daya. Kristal dengan frekuensi maksimum 24MHz dan kapasitor 30 mikro-farad dipakai untuk melengkapi rangkaian oscilator pembentuk clock yang menentukan kecepatan kerja Microcontroller. Memori merupakan bagian yang sangat penting pada Microcontroller. Microcontroller memiliki dua macam memori yang sifatnya berbeda. Read Only Memory ROM yang isinya tidak berubah meskipun IC kehilangan catu daya. Sesuai dengan keperluannya, dalam susunan MCS-51 memori penyimpanan program ini dinamakan sebagai memori program. Ada berbagai jenis ROM. Untuk Microcontroller dengan program yang sudah baku dan diproduksi secara massal, program diisikan kedalam ROM pada saat IC Microcontroller dicetak dipabrik IC. Untuk keperluan tertentu Microcontroller menggunakan ROM yang dapat diisi ulang atau Programble-Eraseable ROM yang disingkat menjadi PROM PEROM. Dulu banyak UV-EPROM Ultra Violet Eraseable Programble ROM yang kemudian dinilai mahal dan ditinggalkan setelah ada flash PEROM yang harganya jauh lebih murah. Random Access Memory RAM isinya akan sirna begitu IC kehilangan catu daya, dipakai untuk menyimpan data pada saat program bekerja. RAM yang dipakai untuk menyimpan data ini disebut sebagai memori data. Universitas Sumatera Utara Jenis memori yang dipakai untuk memori program AT89S51 adalah flash PEROM, program untuk mengendalikan Microcontroller diisikan ke memori itu lewat bantuan alat yang dinamakan sebagai AT89C4051 flash PEROM Programmer. Memori data yang disediakan dalam chip AT89S51 sebesar 128 kilo byte meskipun hanya kecil saja tapi untuk banyak keperluan memori kapasitas itu sudah cukup. AT89S51 dilengkapi UART Universal Asyncronous ReceiverTransmiter yang biasa dipakai untuk komunikasi data secara seri. Jalur untuk komunikasi data seri RXD dan TXD diletakkan berhimpitan dengan P1.0 dan P1.1. pada kaki nomor 2 dan 3, sehingga kalau sarana inputoutput bekerja menurut fungsi waktu. Clock penggerak untaian pencacah ini bisa berasal dari oscillator kristal atau clock yang diumpan dari luar lewat T0 dan T1T0 dan T1 berhimpitan dengan P3.4 dan P3.5, sehingga P3.4 dan P3.5 tidak bisa dipakai untuk jalur inputoutput paralel kalau T0 dan T1 dipakai. AT89S51 mempunyai enam sumber pembangkit interupsi, dua diantaranya adalah sinyal interupsi yang diumpankan ke kaki INT0 dan INT1. Kedua kaki ini berhimpitan dangan P3.2 dan P3.3 sehingga tidak bisa dipakai sebagai jalur inputoutput paralel kalau INT0 dan INT1 dipakai untuk menerima sinyal interupsi. Port1 dan 2, UART, Timer 0, Timer 1 dan sarana lainnya merupakan yang secara fisik merupakan RAM khusus, yang ditempatkan di Special Function Register SFR. Universitas Sumatera Utara

2.3.2 Pin-Pin pada Microcontroller AT89S51

Deskripsi pin-pin pada Microcontroller AT89S51 : Gambar 2.6 IC Mikrokontroler AT89S51 VCC Pin 40 Suplai tegangan GND Pin 20 Ground Port 0 Pin 39-Pin 32 Port 0 dapat berfungsi sebagai IO biasa, low order multiplex addressdata ataupun penerima kode byte pada saat flash progamming Pada fungsi sebagai IO biasa port ini dapat memberikan output sink ke delapan buah TTL input atau dapat diubah sebagai input dengan memberikan logika 1 pada port tersebut. Pada fungsi sebagai low order multiplex addressdata, por ini akan mempunyai internal pull up. Pada saat flash progamming diperlukan eksternal pull up, terutama pada saat verifikasi program.

4. Port 2 Pin 21 – pin 28

Universitas Sumatera Utara Port 2 berfungsi sebagai IO biasa atau high order address, pada saat mengaksememori secara 16 bit. Pada saat mengakses memori 8 bit, port ini akan mengeluarkan isi dari P2 special function register. Port ini mempunyai internal pull up dan berfungsi sebagai input dengan memberikan logika 1. Sebagai output, port ini dapat memberikan output sink keempat buah input TTL.

5. Port 3 Pin 10 – pin 17

Port 3 merupakan 8 bit port IO dua arah dengan internal pullup. Port 3 juga mempunyai fungsi pin masing-masing, yaitu sebagai berikut Tabel 2.1 Fungsi Masing-masing Pin pada Port 3 Mikrokontroler Nama Pin Fungsi Alternatif P3.0 pin 10 RXD Untuk menerima data port serial P3.1 pin 11 TXD Untuk mengirim data port serial P3.2 pin 12 INT0 Interupsi Eksternal waktu pencacah 0 P3.3 pin 13 INT1 Interupsi Eksternal waktu pencacah 1 P3.4 pin 14 T0 Input Eksternal waktu pencacah 0 P3.5 pin 15 T1 Input Eksternal waktu pencacah 1 P3.6 pin 16 WR Jalur menulis memori data eksternal P3.7 pin 17 RD Jalur membaca memori data eksternal

6. RST pin 9

Reset akan aktif dengan memberikan input high selama 2 cycle.

7. ALEPROG pin 30

Address latch Enable adalah pulsa output untuk me-latch byte bawah dari alamat selama mengakses memori eksternal. Selain itu, sebagai pulsa input progam PROG selama memprogam Flash.

8. SEN pin 29

Universitas Sumatera Utara Progam store enable digunakan untuk mengakses memori progam eksternal

9. EA pin 31

Pada kondisi low, pin ini akan berfungsi sebagai EA yaitu mikrokontroler akan menjalankan progam yang ada pada memori eksternal setelah sistem direset. Jika kondisi high, pin ini akan berfungsi untuk menjalankan progam yang ada pada memori internal. Pada saat flash progamming, pin ini akan mendapat tegangan 12 Volt.

10. XTAL1 pin 19

Input untuk clock internal

11. XTAL2 pin 18

Output dari osilator

2.4 Driver Motor stepper

Motor stepper yang digunakan pada contoh ini bertipe hibrid unipolar, memiliki empat fasa dan panjang langkah sebesar 1,8 per langkahi. Motor diharapkan dapat berputar dalam dua arah dan memiliki dua kecepatan. Karena itu diperlukan pengendali motor stepper yang memiliki empat keluaran pulsa dengan kemampuan dua arah perputaran dan dua macam frekuensi pulsa guna mengatur kecepatan motor. . Universitas Sumatera Utara Gambar 2.7 a bentuk pulsa keluaran dari driver motor stepper b penerapan pulsa driver pada motor stepper dan arah putaran yang bersesuaian Arah putaran motor dapat diatur dengan mengatur kondisi logika masukan pada pena 13 dari IC 74LS86. Jika diterapkan logika 0, maka motor akan berputar berlawanan dengan arah jarum jam counter clock wise sedangkan jika diterapkan logika 1, maka motor akan berputar dengan arah sesuai dengan ajah jarum jam clockwise. Kecepatan motor ditentukan oleh frekuensi masukan clock yang berbentuk gelombang persegi empat. Pulsa clock ini dibangkitkan oleh rangkaian osilator pembangkit pulsa berbasis IC timer 555. Gambar 2.8 bentuk gelombang keluaran rangkaian pembangkit pulsa Pulsa di atas memiliki frekuensi dan periode yang konstan. Periode dari satu gelombang penuh adalah Tt Time total. Th Time high adalah periode sinyal positif atau tinggi sedangkan Tl Time low adalah periode sinyal nol atau rendah. Periode gelombang keluaran tersebut ditentukan oleh VR1, VR2, R1, R2 dan C1. Kapasitor C2 hanya berfungsi sebagai penstabil rangkaian. Untuk menghitung Periode keluaran, dapat dilakukan dengan rumus berikut ini: Th = 0,693 × C1 × VR1 + R1 + R2 Tl = 0,693 × C1 × R2 Universitas Sumatera Utara Tt = Th + T Jadi periode gelombang Tt adalah: f = Tt 1 dimana f adalah frekunsi Hz Tt adalah time total sekon Karena motor yang digunakan terdiri atas 4 phase dan memiliki kecepatan sudut 1,8 per langkah, maka: v = × f dimana : v adalah kecepatan motor rpm f adalah frekuensi Hz digunakan transistor bipolar BJT tipe TIP31 yang disusun sebagai open collector switch. Transistor TIP31 adalah tergolong transistor daya menengah yang mampu mengalirkan arus puncak hingga 5 A. Transistor-transistor ini harus dilengkapi oleh lempengan pendingin dari aluminium untuk mengurangi panas yang terjadi akibat besarnya arus yang mengalir. L1 - L4 adalah lilitan wound dalam motor stepper. Dioda D1 - D4 berfungsi sebagai pelindung rangkaian dari tegangan tinggi back EMF yang mungkin timbul dari lilitan motor setepper. Keluaran dari rangkain pengendali motor stepper phase1 - phase4 dihubungkan ke masukan dari empat transistor tersebut melalui R1 - R2. Jika masukan bernilai sinyal rendah, maka transistor akan berada pada keadaan cut-off sehingga arus dalam lilitan motor stepper tidak mengalir. Jika masukan bernilai tinggi diatas tegangan ambang transistor, maka transistor akan on sehingga tegangan antara kolektor dengan emitor Universitas Sumatera Utara V CE Motor stepper adalah perangkat elektromekanis yang bekerja dengan mengubah pulsa elektronis menjadi gerakan mekanis diskrit. Motor stepper bergerak berdasarkan urutan pulsa yang diberikan kepada motor. Karena itu, untuk menggerakkan motor stepper diperlukan pengendali motor stepper yang membangkitkan pulsa-pulsa periodik. Sudut rotasi motor proporsional dengan pulsa masukan sehingga lebih mudah diatur Stepper motor adalah salah satu tipe motor yang sangat populer digunakan sebagai peralatan penggerakpemutar movement unitactuator dalam sistem kontrol otomatis di industri, instrumentasi, bahan printer yang sering kita pakai sehari-hari turun dan arus dapat mengalir ke tanah ground. Dengan begitu motor stepper berputar. Jika sinyal keluaran dari pengendali motor stepper berbentuk seperti L4 akan dialiri arus secara berurutan. Dengan begitu rotor dari motor stepper akan berputar sesuai dengan arah urutan.

2.5 Motor Stepper