Perancangan Tempat Sampah Otomatis Berbasis Mikrokontroler Arduino
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Sampah
Sampah merupakan material sisa yang tidak diinginkan setelah berakhirnya suatu
proses. Sampah merupakan konsep buatan manusia, dalam proses-proses alam tidak ada
sampah, yang ada hanya produk-produk yang tak bergerak. Sampah dapat berada pada
setiap fase materi: padat, cair, atau gas. Ketika dilepaskan dalam dua fase yang
disebutkan terakhir, terutama gas, sampah dapat dikatakan sebagai emisi. Emisi biasa
dikaitkan dengan polusi. Dalam kehidupan manusia, sampah dalam jumlah besar datang
dari aktivitas industri (dikenal juga dengan sebutan limbah), misalnya pertambangan,
manufaktur, dan konsumsi. Hampir semua produk industri akan menjadi sampah pada
suatu waktu, dengan jumlah sampah yang kira-kira mirip dengan jumlah konsumsi
(Dewantoro, O.B 2009).
2.2. Arduino
Arduino merupakan perangkat keras modul yang di rangkai untuk dapat mengontrol
sesuatu kegiatan. Arduino merupakan kumpulan komponen yang terdiri dari
mikrokontroler sebagai komponen utama. Arduino dikatakan sebagai sebuah platform
dari physical computing yang bersifat open source. Arduino tidak hanya sebuah alat
pengembangan, tetapi kombinasi dari hardware, bahasa pemrograman Integrated
Development Environment (IDE) yang canggih (Girsang, W.S. 2014).
IDE adalah sebuah software yang sangat berperan untuk menulis program,
meng-compile menjadi kode biner dan meng-upload ke dalam memory mikrokontroler.
Ada banyak projek dan alat-alat dikembangkan oleh akademisi dan profesional dengan
menggunakan arduino. Selain itu juga ada banyak modul-modul pendukung (sensor,
Universitas Sumatera Utara
6
tampilan, penggerak dan sebagainya) yang dibuat oleh pihak lain untuk bisa
disambungkan dengan Arduino (Girsang, W.S. 2014).
Komponen utama di dalam papan Arduino adalah sebuah mikrokontroler 8 bit
dengan merk ATmega yang dibuat oleh perusahaan Atmel Corporation. Berbagai papan
Arduino menggunakan tipe ATmega yang berbeda-beda tergantung dari spesifikasinya,
sebagai contoh Arduino Uno menggunakan ATmega328 sedangkan Arduino Mega
2560 yang lebih canggih menggunakan ATmega2560 (Girsang, W.S. 2014).
Bahasa pemrograman arduino adalah bahasa pemrograman yang umum
digunakan untuk membuat perangkat lunak yang ditanamkan pada arduino board.
Bahasa pemrograman arduino mirip dengan bahasa pemrograman C++ (Simanjuntak,
M.G. 2013).
Gambar 2.1 Diagram Blok Arduino Board (Simanjuntak, M.G. 2013).
Blok-blok diatas dijelaskan sebagai berikut:
1. Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART) adalah antar muka yang
digunakan untuk komunikasi serial seperti pada RS-232, RS-422 dan RS-485.
2. 2KB RAM pada memory kerja bersifat volatile (hilang saat daya dimatikan),
digunakan oleh variable-variabel di dalam program.
3. 32KB flash memory bersifat non-volatile, digunakan untuk flash memory juga
menyimpan bootloader. Bootloader adalah program inisialisasi yang dijalankan
oleh CPU saat daya dihidupkan.
4. 1KB EEPROM bersifat non-volatile.
5. Piranti input/output, piranti untuk menerima data (input) digital atau analog, dan
mengeluarkan data (output) digital atau analog.
Universitas Sumatera Utara
7
Arduino Development Environment adalah perangkat lunak yang digunakan
untuk menulis dan meng-compile program untuk arduino. Arduino Development
Environment juga digunakan untuk meng-upload program yang sudah di-compile ke
memori program arduino board (Simanjuntak, M.G. 2013).
2.3. Arduino Nano
Arduino nano adalah salah satu varian dari produk board mikrokontroller keluaran
Arduino. Arduino nano adalah board Arduino terkecil, menggunakan mikrokontroller
Atmega328 untuk Arduino Nano 3.x dan Atmega168 untuk Arduino Nano 2.x. Varian
ini mempunyai rangkaian yang sama dengan jenis Arduino Duemilanove, tetapi dengan
ukuran dan desain PCB yang berbeda. Arduino Nano tidak dilengkapi dengan soket
catudaya, tetapi terdapat pin untuk catu daya luar atau dapat menggunakan catu daya
dari mini USB port. Arduino nano memiliki 14 pin digital (6 pin dapat digunakan
sebagai output PWM), 6 input analog, sebuah 16 MHz osilator kristal, sebuah koneksi
USB, sebuah konektor sumber tegangan, sebuah header ICSP, dan sebuah tombol reset.
Arduino Nano dapat diberi tenaga dengan power yang diperoleh dari koneksi kabel
Mini-B USB, atau via power supply eksternal. External power supply dapat
dihubungkan langsung ke pin 30 atau Vin (unregulated 6V - 20V), atau ke pin 27
(regulated 5V). Sumber tenaga akan otomatis dipilih mana yang lebih tinggi tegangan
Tampak atas dari arduino uno dapat dilihat pada Gambar 2.2 (Simanjuntak, M.G. 2013).
Gambar 2.2 Board Arduino Nano (Simanjuntak, M.G. 2013).
Berikut ini adalah konfigurasi dari Arduino UNO:
1.
Mikrokontroler : ATmega328
2.
Tegangan Operasi : 5V
3.
Tegangan Input (recommended) : 7 - 12 V
Universitas Sumatera Utara
8
4.
Pin digital I/O : 14 (6 diantaranya pin PWM)
5.
Pin Analog input : 6
6.
Arus DC per pin I/O : 40 mA
7.
Arus DC untuk pin 3.3 V : 150 mA
8.
Flash Memory : 32 KB dengan 0.5 KB digunakan untuk bootloader
9.
SRAM : 2 KB
10. EEPROM : 1 KB
11. Kecepatan : 16 Mhz
12. Dimensi : 45 mm x 18 mm
13. Berat : 5g
2.4. Motor Servo
Motor DC servo (DC-SV) pada dasarnya adalah sebuah motor DC-MP dengan
kualifikasi khusus yang sesuai dengan aplikasi “servoing” didalam teknik kontrol.
Dalam kamus Oxford istilah ”servo” diartikan sebagai “a mechanism that controls a
large mechanism” (Pitowarno, E. 2006).
Tidak ada spesifikasi baku yang disepakati untuk menyatakan bahwa suatu
motor DC-MP adalah motor DC-SV juga dikehendaki handal beroperasi dalam lingkup
torsi yang berubah-ubah (Pitowarno, E. 2006). Beberapa tipe motor servo yang dijual
bersama dengan paket rangkaian drivernya telah memiliki rangkaian control kecepatan
yang menyatu didalamnya. Putaran motor tidak lagi berdasarkan tegangan supply ke
motor, namun berdasarkan tegangan input khusus yang berfungsi sebagai referensi
kecepatan output (Pitowarno, E. 2006).
Servo terdiri dari rangkaian pengontrol, gear, potensiometer dan DC motor.
Potensiometer terhubung dengan gear demikian pula DC motor. Ketika DC motor diberi
signal oleh rangkaian pengontrol maka dia akan bergerak demikian pula potensiometer
dan otomatis akan mengubah resistansinya. Rangkaian pengontrol akan mengamati
perubahan resistansi dan ketika resistansi mencapai nilai yang diinginkan maka motor
akan berhenti pada posisi yang diinginkan.
Universitas Sumatera Utara
9
Gambar 2.3 Komponen Motor Servo (Pitowarno, E. 2006).
Servo motor dc mempunyai konstruksi yang sama dengan konstruksi motor
dc. Dalam motor dc konvensional sikat dan cincin belah merupakan suatu kerugian.
Karena ada gesekan antara sikat dan cincin maka akan terjadi rugi gesek, timbulnya
percikan api dan terkikisnya sikat arang maupun cincin. Maka mulai dipikirkan motor
dc tanpa sikat atau disebut brushless DC Motor.
Brushless DC Motor dapat diwujudkan dengan menggunakan prinsip kerja
motor induksi 3 phasa (tanpa sikat dan cincin). Dengan menambahkan komponen
permanent magnet, electronic inverter (yang menimbulkan medan putar) dan position
control (umumnya menggunakan sensor effek Hall), maka akan didapatkan motor dc
brushless. Jadi disini rangkaian inverter dan kontrol posisi berfungsi sebagai pengganti
komutator mekanik (sikat & cincin belah) dalam membalik medan. Motor dc brushless
ini mempunyai karateristik yang mendekati dc motor konvensional.Untuk mengerti cara
kerja Motor Servo DC Magnet Permanen haruslah dimengerti bagaimana prinsip kerja
Motor DC Magnet Permanen, Motor DC tanpa sikat dan medan putar (Iqbal, M. 2015).
Ada beberapa jenis-jenis motor servo yaitu:
1. Motor Servo Standar 180° Motor servo jenis ini hanya mampu bergerak dua
arah (CW dan CCW) dengan defleksi masing-masing sudut mencapai 90° sehingga
total defleksi sudut dari kanan–tengah–kiri adalah180°.
2. Motor Servo Continuous 360° Motor servo jenis ini mampu bergerak dua arah
(CW dan CCW) tanpa batasan defleksi sudut putar (Budiharto, W. 2009).
Universitas Sumatera Utara
10
Gambar 2.4 Motor Servo (Iqbal, M. 2015).
Pengendalian gerakan batang motor servo dapat dilakukan dengan
menggunakan metode PWM. (Pulse Width Modulation). Teknik ini menggunakan
system lebar pulsa untuk mengemudikan putaran motor. Sudut dari sumbu motor servo
diatur berdasarkan lebar pulsa yang dikirim melalui kaki sinyal dari kabel motor.
Tampak pada gambar dengan pulsa 1.5 mS pada periode selebar 2 mS maka sudut dari
sumbu motor akan berada pada posisi tengah. Semakin lebar pulsa OFF maka akan
semakin besar gerakan sumbu ke arah jarum jam dan semakin kecil pulsa OFF maka
akan semakin besar gerakan sumbu ke arah yang berlawanan dengan jarum jam.
Gambar 2.5 Pulsa PWM Motor Servo (Iqbal, M. 2015).
Universitas Sumatera Utara
11
2.5. Modul ISD1820
Modul ISD1820 adalah Sound Recording/Playback Module yang dapat merekam dan
memainkan ulang rekaman audio dengan media penyimpanan terintegrasi (non-volatile
memory) yang terintegrasi dalam chip tunggal ISD1820 ini.
Gambar 2.6 Modul ISD1820 (Fauren, R., Jaya p., Budayawan, k. 2016).
Sampel suara yang dapat direkam antara 8 hingga 20 detik (bisa satu sampel
panjang / beberapa sampel pendek). Panjang rekaman maksimum ini ditentukan
berdasarkan kualitas suara yang dapat dipilih antara 3,2 kHz (max 20 detik) hingga 8
kHz (max 8 detik). ISD1820 telah dilengkapi dengan mikrofon untuk melakukan
perekaman langsung. Tekan dan tahan tombol REC untuk merekam, lepaskan saat
rekaman selesai dilakukan. Untuk mengubah durasi rekaman dapat dilakukan dengan
menambahkan resistor eksternal. (Fauren, R., Jaya, p., Budayawan, k. 2016)
2.6. Sensor Ultrasonik HCSR-04
Sensor ultrasonik adalah sensor yang mempunyai frekuensi 40 khz dan banyak
digunakan untuk aplikasi atau kontes robot cerdas.Sensor jarak ini menggunakan sonar
(gelombang ultrasonik) untuk menentukan jarak dari benda yang berada di depannya.
(Setiawan, D.S.T. & Iqbal, M. 2014)
Sensor ultrasonik terdiri dari dari dua unit, yaitu unit pemancar dan unit
penerima. Strukturnya sangatlah sederhana, sebuah kristal piezoelectric dihubungkan
dengan mekanik jangkar dan hanya dihubungkan dengan diafragma penggetar.
Tegangan bolak-balik yang memiliki frekuensi kerja 40 KHz – 400 KHz diberikanpada
plat logam. Sehingga Struktur atom dari kristal piezoelectric akan berkontraksi
(mengikat), mengembang atau menyusut terhadap polaritas tegangan yang diberikan,
dan ini disebut dengan efek piezoelectric. Kontraksi yang terjadi diteruskan ke
Universitas Sumatera Utara
12
diafragma penggetar sehingga terjadi gelombang ultrasonik yang dipancarkan ke udara
(tempat sekitarnya), dan pantulan gelombang ultrasonik akan terjadi bila ada objek
tertentu, dan pantulan gelombang ultrasonik akan diterima kembali oleh oleh unit sensor
penerima. Selanjutnya unit sensor penerima akan menyebabkan diafragma penggetar
akan bergetar dan efek piezoelectric menghasilkan sebuah tegangan yang akan
mengarah pada jalur bolak - balik dengan frekuensi yang sama (Hani, S. 2010).
Besar amplitudo sinyal elektrik yang dihasilkan unit sensor penerima tergantung
dari jauh dekatnya objek yang dideteksi serta kualitas dari sensor pemancar dan sensor
penerima.Proses sensing yuang dilakukan pada sensor ini menggunakan metode
pantulan untuk menghitung jarak antara sensor dengan obyek sasaran. Jarak antara
sensor tersebut dihitung dengan cara mengalikan setengah waktu yang digunakan oleh
sinyal ultrasonik dalam perjalanannya dari rangkaian Tx sampai diterima oleh
rangkaian Rx, dengan kecepatan rambat dari sinyal ultrasonik tersebut pada media
rambat yang digunakannya, yaitu udara.Waktu di hitung ketika pemencar aktif dan
sampai ada input dari rangkaian penerima dan bila pada melebihi batas waktu tertentu
rangkaian penerima tidak ada sinyal input maka dianggap tidak ada halangan
didepannya.( Kusumaningsih, D. & Malik, R. 2014)
Gambar 2.7 Sensor Ultrasonik (Kusumaningsih, D. & Malik, R. 2014).
Pengukuran jarak berbasis ultrasonik dapat dilakukan dengan dua metode yaitu:
1. Perhitungan waktu tempuh (ElecFreaks 2015).
Pada medium rambat udara, gelombang ultrasonik memiliki kecepatan tempuh
340 m/s. Berdasarkan nilai tersebut, pengukuran jarak dapat dilakukan dengan
mengamati waktu tempuh gelombang dari transmitter hingga diterima oleh
receiver. Mengingat jarak yang ditempuh gelombang bersifat bolak-balik, maka
perhitungan jarak metode ini berdasarkan datasheet sensor adalah:
Distance = 340× t ÷2m
Universitas Sumatera Utara
13
2. Perhitungan jumlah pulsa (ElecFreaks 2015).
Transmitter akan mengeluarkan deretan pulsa burst dengan nilai tertentu saat
diberikan pulsa trigger. Untuk setiap satu sentimeter, jumlah pulsa yang dihasilkan
adalah 29 pulsa, sehingga jarak tempuh total dapat dihitung berdasarkan jumlah
pulsa yang diterima oleh receiver. Seperti halnya metode pertama, jalan tempuh
deretan pulsa bersifat bolak-balik sehingga perhitungannya berdasarkan datasheet
menjadi:
Distance = pulse count ÷58cm.
Hal-hal yang dapat menyebabkan sensor ultrasonic tidak teliti untuk mengukur
jarak suatu objek adalah sebagai berikut :
1.
Jarak objek tersebut diluar jangkauan ukur (< 3cm atau > 300cm).
2.
Sudut objek terhadap sensor (θ) < 45°, sudut yang terlalu kecil antara sensor jarak
ultrasonik dan objek sehingga gelombang ultrasonik tidak dapat dipantulkan
kembali ke sensor.
3.
Objek tersebut terlalu kecil untuk memantulkan gelombang ultrasonik kembali ke
sensor,
4.
Jenis material objek yang bersifat meredam suara, bentuk permukaan yang tidak
beraturan, sudut ruangan, dan lain- lain sehingga mungkin tidak dapat
memantulkan gelombang ultrasonik yang cukup untuk dideteksi dengan teliti
(Budiharto, W. 2009).
2.7. LED (Light Emitting Diode)
Light Emmiting Dioda atau lebih dikenal dengan sebutan LED (light-emitting diode)
adalah suatu semikonduktor yang memancarkan cahaya monokromatik yang tidak
koheren ketika diberi tegangan maju. Gejala ini termasuk bentuk elektroluminesensi.
Warna yang dihasilkan bergantung pada bahan semikonduktor yang dipakai, dan bisa
juga dekat ultraviolet, tampak, atau inframerah (Dewi, S.K. 2013).
LED juga disebut "Solid State Lighting" karena chip LED disolder ke Printed
Circuit Board (PCB) dan oleh karena itu tidak memiliki filamen seperti bola lampu
pijar, atau zat beracun seperti gas merkuri pada Lampu Hemat Energy (LHE) (Dewi,
S.K. 2013).
Universitas Sumatera Utara
14
LED dulu umumnya digunakan pada gadget seperti ponsel serta komputer.
Sebagai pesaing lampu bohlam dan neon, saat ini aplikasinya mulai terus meluas dan
bahkan bisa kita temukan pada korek api yang kita gunakan, lampu emergency dan
sebagainya. LED sebagai model lampu masa depan dianggap dapat menekan
pemanasan global karena efesiensinya (Dewi, S.K. 2013).
Gambar 2.8 LED (Light Emitting Diode) dan Simbolnya (Dewi, S.K. 2013).
2.8. ISIS & ARES Proteus 8.5
Proteus adalah sebuah software untuk mendesain PCB yang dilengkapi dengan simulasi
Pspice pada level skematik sebelum rangkaian skematik di-upgrade ke PCB, sehingga
kita tahu apakah PCB yang akan dicetak sudah benar atau tidak. Proteus mampu
mengkombinasikan program ISIS untuk membuat skematik desain rangkaian dengan
program ARES untuk membuat layout PCB dari skematik yang telah dibuat.
Fitur-fitur dari PROTEUS adalah sebagai berikut:
1. Memiliki kemampuan untuk mensimulasikan hasil rancangan baik digital
maupun
analog maupun gabungan keduanya,
2. Mendukung simulasi yang menarik dan simulasi secara grafis
3. Mendukung simulasi berbagai jenis microcontroller seperti PIC, 8051 series.
4. Memiliki model-model peripheral yang interactive seperti LED, tampilan LCD,
RS232, dan berbagai jenis library lainnya.
5. Mendukung instrument-instrument virtual seperti voltmeter, ammeter,
oscciloscope, logic analyser, dll,
6. Memiliki kemampuan menampilkan berbagi jenis analisis secara grafis seperti
transient, frekuensi, noise, distorsi, AC dan DC, dll.
7. Mendukung berbagai jenis komponen-komponen analog, Mendukung open
architecture sehingga kita bisa memasukkan program seperti C++ untuk
keperluan simulasi,
Universitas Sumatera Utara
15
8. Mendukung pembuatan PCB yang di-update secara langsung dari program ISIS
ke program pembuat PCB-ARES.
Proteus ISIS merupakan program terintegrasi dengan proteus yang menjadi
program utama pada software proteus. ISIS dirancang untuk membuat sebuah skematik
rangkaian elektronika dan dapat menyimulasikan rangkaian dengan memberikan
sebuah program ke dalam sebuah mikroprosesor. Proteus ISIS dapat dilihat pada
gambar 2.9.
Gambar 2.9 Tampilan Software Proteus ISIS
Proteus ARES merupakan tempat untuk membuat layout PCB berdasarkan
skematik rangkaian elektronika yang telah dibuat di ISIS. Software Proteus ARES dapat
dilihat pada gambar 2.10.
Gambar 2.10 Tampilan Software Proteus ARES
Universitas Sumatera Utara
16
2.9. Arduino Development Environment
Arduino Development Environment adalah sebuah perangkat lunak yang memudahkan
kita mengembangkan aplikasi mikrokontroler mulai dari menuliskan source program,
kompilasi, upload hasil kompilasi, dan uji coba secara terminal serial. Arduino
Development Environment terdiri dari editor teks untuk menulis kode, sebuah area
pesan, sebuah konsol, sebuah toolbar dengan tombol-tombol untuk fungsi yang umum
dan beberapa menu. Arduino Development Environment terhubung ke arduino board
untuk meng-upload program dan juga untuk berkomunikasi dengan arduino board.
Arduino Development Environment dapat dilihat pada gambar 2.11.
Gambar 2.11 Software IDE Arduino
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Sampah
Sampah merupakan material sisa yang tidak diinginkan setelah berakhirnya suatu
proses. Sampah merupakan konsep buatan manusia, dalam proses-proses alam tidak ada
sampah, yang ada hanya produk-produk yang tak bergerak. Sampah dapat berada pada
setiap fase materi: padat, cair, atau gas. Ketika dilepaskan dalam dua fase yang
disebutkan terakhir, terutama gas, sampah dapat dikatakan sebagai emisi. Emisi biasa
dikaitkan dengan polusi. Dalam kehidupan manusia, sampah dalam jumlah besar datang
dari aktivitas industri (dikenal juga dengan sebutan limbah), misalnya pertambangan,
manufaktur, dan konsumsi. Hampir semua produk industri akan menjadi sampah pada
suatu waktu, dengan jumlah sampah yang kira-kira mirip dengan jumlah konsumsi
(Dewantoro, O.B 2009).
2.2. Arduino
Arduino merupakan perangkat keras modul yang di rangkai untuk dapat mengontrol
sesuatu kegiatan. Arduino merupakan kumpulan komponen yang terdiri dari
mikrokontroler sebagai komponen utama. Arduino dikatakan sebagai sebuah platform
dari physical computing yang bersifat open source. Arduino tidak hanya sebuah alat
pengembangan, tetapi kombinasi dari hardware, bahasa pemrograman Integrated
Development Environment (IDE) yang canggih (Girsang, W.S. 2014).
IDE adalah sebuah software yang sangat berperan untuk menulis program,
meng-compile menjadi kode biner dan meng-upload ke dalam memory mikrokontroler.
Ada banyak projek dan alat-alat dikembangkan oleh akademisi dan profesional dengan
menggunakan arduino. Selain itu juga ada banyak modul-modul pendukung (sensor,
Universitas Sumatera Utara
6
tampilan, penggerak dan sebagainya) yang dibuat oleh pihak lain untuk bisa
disambungkan dengan Arduino (Girsang, W.S. 2014).
Komponen utama di dalam papan Arduino adalah sebuah mikrokontroler 8 bit
dengan merk ATmega yang dibuat oleh perusahaan Atmel Corporation. Berbagai papan
Arduino menggunakan tipe ATmega yang berbeda-beda tergantung dari spesifikasinya,
sebagai contoh Arduino Uno menggunakan ATmega328 sedangkan Arduino Mega
2560 yang lebih canggih menggunakan ATmega2560 (Girsang, W.S. 2014).
Bahasa pemrograman arduino adalah bahasa pemrograman yang umum
digunakan untuk membuat perangkat lunak yang ditanamkan pada arduino board.
Bahasa pemrograman arduino mirip dengan bahasa pemrograman C++ (Simanjuntak,
M.G. 2013).
Gambar 2.1 Diagram Blok Arduino Board (Simanjuntak, M.G. 2013).
Blok-blok diatas dijelaskan sebagai berikut:
1. Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART) adalah antar muka yang
digunakan untuk komunikasi serial seperti pada RS-232, RS-422 dan RS-485.
2. 2KB RAM pada memory kerja bersifat volatile (hilang saat daya dimatikan),
digunakan oleh variable-variabel di dalam program.
3. 32KB flash memory bersifat non-volatile, digunakan untuk flash memory juga
menyimpan bootloader. Bootloader adalah program inisialisasi yang dijalankan
oleh CPU saat daya dihidupkan.
4. 1KB EEPROM bersifat non-volatile.
5. Piranti input/output, piranti untuk menerima data (input) digital atau analog, dan
mengeluarkan data (output) digital atau analog.
Universitas Sumatera Utara
7
Arduino Development Environment adalah perangkat lunak yang digunakan
untuk menulis dan meng-compile program untuk arduino. Arduino Development
Environment juga digunakan untuk meng-upload program yang sudah di-compile ke
memori program arduino board (Simanjuntak, M.G. 2013).
2.3. Arduino Nano
Arduino nano adalah salah satu varian dari produk board mikrokontroller keluaran
Arduino. Arduino nano adalah board Arduino terkecil, menggunakan mikrokontroller
Atmega328 untuk Arduino Nano 3.x dan Atmega168 untuk Arduino Nano 2.x. Varian
ini mempunyai rangkaian yang sama dengan jenis Arduino Duemilanove, tetapi dengan
ukuran dan desain PCB yang berbeda. Arduino Nano tidak dilengkapi dengan soket
catudaya, tetapi terdapat pin untuk catu daya luar atau dapat menggunakan catu daya
dari mini USB port. Arduino nano memiliki 14 pin digital (6 pin dapat digunakan
sebagai output PWM), 6 input analog, sebuah 16 MHz osilator kristal, sebuah koneksi
USB, sebuah konektor sumber tegangan, sebuah header ICSP, dan sebuah tombol reset.
Arduino Nano dapat diberi tenaga dengan power yang diperoleh dari koneksi kabel
Mini-B USB, atau via power supply eksternal. External power supply dapat
dihubungkan langsung ke pin 30 atau Vin (unregulated 6V - 20V), atau ke pin 27
(regulated 5V). Sumber tenaga akan otomatis dipilih mana yang lebih tinggi tegangan
Tampak atas dari arduino uno dapat dilihat pada Gambar 2.2 (Simanjuntak, M.G. 2013).
Gambar 2.2 Board Arduino Nano (Simanjuntak, M.G. 2013).
Berikut ini adalah konfigurasi dari Arduino UNO:
1.
Mikrokontroler : ATmega328
2.
Tegangan Operasi : 5V
3.
Tegangan Input (recommended) : 7 - 12 V
Universitas Sumatera Utara
8
4.
Pin digital I/O : 14 (6 diantaranya pin PWM)
5.
Pin Analog input : 6
6.
Arus DC per pin I/O : 40 mA
7.
Arus DC untuk pin 3.3 V : 150 mA
8.
Flash Memory : 32 KB dengan 0.5 KB digunakan untuk bootloader
9.
SRAM : 2 KB
10. EEPROM : 1 KB
11. Kecepatan : 16 Mhz
12. Dimensi : 45 mm x 18 mm
13. Berat : 5g
2.4. Motor Servo
Motor DC servo (DC-SV) pada dasarnya adalah sebuah motor DC-MP dengan
kualifikasi khusus yang sesuai dengan aplikasi “servoing” didalam teknik kontrol.
Dalam kamus Oxford istilah ”servo” diartikan sebagai “a mechanism that controls a
large mechanism” (Pitowarno, E. 2006).
Tidak ada spesifikasi baku yang disepakati untuk menyatakan bahwa suatu
motor DC-MP adalah motor DC-SV juga dikehendaki handal beroperasi dalam lingkup
torsi yang berubah-ubah (Pitowarno, E. 2006). Beberapa tipe motor servo yang dijual
bersama dengan paket rangkaian drivernya telah memiliki rangkaian control kecepatan
yang menyatu didalamnya. Putaran motor tidak lagi berdasarkan tegangan supply ke
motor, namun berdasarkan tegangan input khusus yang berfungsi sebagai referensi
kecepatan output (Pitowarno, E. 2006).
Servo terdiri dari rangkaian pengontrol, gear, potensiometer dan DC motor.
Potensiometer terhubung dengan gear demikian pula DC motor. Ketika DC motor diberi
signal oleh rangkaian pengontrol maka dia akan bergerak demikian pula potensiometer
dan otomatis akan mengubah resistansinya. Rangkaian pengontrol akan mengamati
perubahan resistansi dan ketika resistansi mencapai nilai yang diinginkan maka motor
akan berhenti pada posisi yang diinginkan.
Universitas Sumatera Utara
9
Gambar 2.3 Komponen Motor Servo (Pitowarno, E. 2006).
Servo motor dc mempunyai konstruksi yang sama dengan konstruksi motor
dc. Dalam motor dc konvensional sikat dan cincin belah merupakan suatu kerugian.
Karena ada gesekan antara sikat dan cincin maka akan terjadi rugi gesek, timbulnya
percikan api dan terkikisnya sikat arang maupun cincin. Maka mulai dipikirkan motor
dc tanpa sikat atau disebut brushless DC Motor.
Brushless DC Motor dapat diwujudkan dengan menggunakan prinsip kerja
motor induksi 3 phasa (tanpa sikat dan cincin). Dengan menambahkan komponen
permanent magnet, electronic inverter (yang menimbulkan medan putar) dan position
control (umumnya menggunakan sensor effek Hall), maka akan didapatkan motor dc
brushless. Jadi disini rangkaian inverter dan kontrol posisi berfungsi sebagai pengganti
komutator mekanik (sikat & cincin belah) dalam membalik medan. Motor dc brushless
ini mempunyai karateristik yang mendekati dc motor konvensional.Untuk mengerti cara
kerja Motor Servo DC Magnet Permanen haruslah dimengerti bagaimana prinsip kerja
Motor DC Magnet Permanen, Motor DC tanpa sikat dan medan putar (Iqbal, M. 2015).
Ada beberapa jenis-jenis motor servo yaitu:
1. Motor Servo Standar 180° Motor servo jenis ini hanya mampu bergerak dua
arah (CW dan CCW) dengan defleksi masing-masing sudut mencapai 90° sehingga
total defleksi sudut dari kanan–tengah–kiri adalah180°.
2. Motor Servo Continuous 360° Motor servo jenis ini mampu bergerak dua arah
(CW dan CCW) tanpa batasan defleksi sudut putar (Budiharto, W. 2009).
Universitas Sumatera Utara
10
Gambar 2.4 Motor Servo (Iqbal, M. 2015).
Pengendalian gerakan batang motor servo dapat dilakukan dengan
menggunakan metode PWM. (Pulse Width Modulation). Teknik ini menggunakan
system lebar pulsa untuk mengemudikan putaran motor. Sudut dari sumbu motor servo
diatur berdasarkan lebar pulsa yang dikirim melalui kaki sinyal dari kabel motor.
Tampak pada gambar dengan pulsa 1.5 mS pada periode selebar 2 mS maka sudut dari
sumbu motor akan berada pada posisi tengah. Semakin lebar pulsa OFF maka akan
semakin besar gerakan sumbu ke arah jarum jam dan semakin kecil pulsa OFF maka
akan semakin besar gerakan sumbu ke arah yang berlawanan dengan jarum jam.
Gambar 2.5 Pulsa PWM Motor Servo (Iqbal, M. 2015).
Universitas Sumatera Utara
11
2.5. Modul ISD1820
Modul ISD1820 adalah Sound Recording/Playback Module yang dapat merekam dan
memainkan ulang rekaman audio dengan media penyimpanan terintegrasi (non-volatile
memory) yang terintegrasi dalam chip tunggal ISD1820 ini.
Gambar 2.6 Modul ISD1820 (Fauren, R., Jaya p., Budayawan, k. 2016).
Sampel suara yang dapat direkam antara 8 hingga 20 detik (bisa satu sampel
panjang / beberapa sampel pendek). Panjang rekaman maksimum ini ditentukan
berdasarkan kualitas suara yang dapat dipilih antara 3,2 kHz (max 20 detik) hingga 8
kHz (max 8 detik). ISD1820 telah dilengkapi dengan mikrofon untuk melakukan
perekaman langsung. Tekan dan tahan tombol REC untuk merekam, lepaskan saat
rekaman selesai dilakukan. Untuk mengubah durasi rekaman dapat dilakukan dengan
menambahkan resistor eksternal. (Fauren, R., Jaya, p., Budayawan, k. 2016)
2.6. Sensor Ultrasonik HCSR-04
Sensor ultrasonik adalah sensor yang mempunyai frekuensi 40 khz dan banyak
digunakan untuk aplikasi atau kontes robot cerdas.Sensor jarak ini menggunakan sonar
(gelombang ultrasonik) untuk menentukan jarak dari benda yang berada di depannya.
(Setiawan, D.S.T. & Iqbal, M. 2014)
Sensor ultrasonik terdiri dari dari dua unit, yaitu unit pemancar dan unit
penerima. Strukturnya sangatlah sederhana, sebuah kristal piezoelectric dihubungkan
dengan mekanik jangkar dan hanya dihubungkan dengan diafragma penggetar.
Tegangan bolak-balik yang memiliki frekuensi kerja 40 KHz – 400 KHz diberikanpada
plat logam. Sehingga Struktur atom dari kristal piezoelectric akan berkontraksi
(mengikat), mengembang atau menyusut terhadap polaritas tegangan yang diberikan,
dan ini disebut dengan efek piezoelectric. Kontraksi yang terjadi diteruskan ke
Universitas Sumatera Utara
12
diafragma penggetar sehingga terjadi gelombang ultrasonik yang dipancarkan ke udara
(tempat sekitarnya), dan pantulan gelombang ultrasonik akan terjadi bila ada objek
tertentu, dan pantulan gelombang ultrasonik akan diterima kembali oleh oleh unit sensor
penerima. Selanjutnya unit sensor penerima akan menyebabkan diafragma penggetar
akan bergetar dan efek piezoelectric menghasilkan sebuah tegangan yang akan
mengarah pada jalur bolak - balik dengan frekuensi yang sama (Hani, S. 2010).
Besar amplitudo sinyal elektrik yang dihasilkan unit sensor penerima tergantung
dari jauh dekatnya objek yang dideteksi serta kualitas dari sensor pemancar dan sensor
penerima.Proses sensing yuang dilakukan pada sensor ini menggunakan metode
pantulan untuk menghitung jarak antara sensor dengan obyek sasaran. Jarak antara
sensor tersebut dihitung dengan cara mengalikan setengah waktu yang digunakan oleh
sinyal ultrasonik dalam perjalanannya dari rangkaian Tx sampai diterima oleh
rangkaian Rx, dengan kecepatan rambat dari sinyal ultrasonik tersebut pada media
rambat yang digunakannya, yaitu udara.Waktu di hitung ketika pemencar aktif dan
sampai ada input dari rangkaian penerima dan bila pada melebihi batas waktu tertentu
rangkaian penerima tidak ada sinyal input maka dianggap tidak ada halangan
didepannya.( Kusumaningsih, D. & Malik, R. 2014)
Gambar 2.7 Sensor Ultrasonik (Kusumaningsih, D. & Malik, R. 2014).
Pengukuran jarak berbasis ultrasonik dapat dilakukan dengan dua metode yaitu:
1. Perhitungan waktu tempuh (ElecFreaks 2015).
Pada medium rambat udara, gelombang ultrasonik memiliki kecepatan tempuh
340 m/s. Berdasarkan nilai tersebut, pengukuran jarak dapat dilakukan dengan
mengamati waktu tempuh gelombang dari transmitter hingga diterima oleh
receiver. Mengingat jarak yang ditempuh gelombang bersifat bolak-balik, maka
perhitungan jarak metode ini berdasarkan datasheet sensor adalah:
Distance = 340× t ÷2m
Universitas Sumatera Utara
13
2. Perhitungan jumlah pulsa (ElecFreaks 2015).
Transmitter akan mengeluarkan deretan pulsa burst dengan nilai tertentu saat
diberikan pulsa trigger. Untuk setiap satu sentimeter, jumlah pulsa yang dihasilkan
adalah 29 pulsa, sehingga jarak tempuh total dapat dihitung berdasarkan jumlah
pulsa yang diterima oleh receiver. Seperti halnya metode pertama, jalan tempuh
deretan pulsa bersifat bolak-balik sehingga perhitungannya berdasarkan datasheet
menjadi:
Distance = pulse count ÷58cm.
Hal-hal yang dapat menyebabkan sensor ultrasonic tidak teliti untuk mengukur
jarak suatu objek adalah sebagai berikut :
1.
Jarak objek tersebut diluar jangkauan ukur (< 3cm atau > 300cm).
2.
Sudut objek terhadap sensor (θ) < 45°, sudut yang terlalu kecil antara sensor jarak
ultrasonik dan objek sehingga gelombang ultrasonik tidak dapat dipantulkan
kembali ke sensor.
3.
Objek tersebut terlalu kecil untuk memantulkan gelombang ultrasonik kembali ke
sensor,
4.
Jenis material objek yang bersifat meredam suara, bentuk permukaan yang tidak
beraturan, sudut ruangan, dan lain- lain sehingga mungkin tidak dapat
memantulkan gelombang ultrasonik yang cukup untuk dideteksi dengan teliti
(Budiharto, W. 2009).
2.7. LED (Light Emitting Diode)
Light Emmiting Dioda atau lebih dikenal dengan sebutan LED (light-emitting diode)
adalah suatu semikonduktor yang memancarkan cahaya monokromatik yang tidak
koheren ketika diberi tegangan maju. Gejala ini termasuk bentuk elektroluminesensi.
Warna yang dihasilkan bergantung pada bahan semikonduktor yang dipakai, dan bisa
juga dekat ultraviolet, tampak, atau inframerah (Dewi, S.K. 2013).
LED juga disebut "Solid State Lighting" karena chip LED disolder ke Printed
Circuit Board (PCB) dan oleh karena itu tidak memiliki filamen seperti bola lampu
pijar, atau zat beracun seperti gas merkuri pada Lampu Hemat Energy (LHE) (Dewi,
S.K. 2013).
Universitas Sumatera Utara
14
LED dulu umumnya digunakan pada gadget seperti ponsel serta komputer.
Sebagai pesaing lampu bohlam dan neon, saat ini aplikasinya mulai terus meluas dan
bahkan bisa kita temukan pada korek api yang kita gunakan, lampu emergency dan
sebagainya. LED sebagai model lampu masa depan dianggap dapat menekan
pemanasan global karena efesiensinya (Dewi, S.K. 2013).
Gambar 2.8 LED (Light Emitting Diode) dan Simbolnya (Dewi, S.K. 2013).
2.8. ISIS & ARES Proteus 8.5
Proteus adalah sebuah software untuk mendesain PCB yang dilengkapi dengan simulasi
Pspice pada level skematik sebelum rangkaian skematik di-upgrade ke PCB, sehingga
kita tahu apakah PCB yang akan dicetak sudah benar atau tidak. Proteus mampu
mengkombinasikan program ISIS untuk membuat skematik desain rangkaian dengan
program ARES untuk membuat layout PCB dari skematik yang telah dibuat.
Fitur-fitur dari PROTEUS adalah sebagai berikut:
1. Memiliki kemampuan untuk mensimulasikan hasil rancangan baik digital
maupun
analog maupun gabungan keduanya,
2. Mendukung simulasi yang menarik dan simulasi secara grafis
3. Mendukung simulasi berbagai jenis microcontroller seperti PIC, 8051 series.
4. Memiliki model-model peripheral yang interactive seperti LED, tampilan LCD,
RS232, dan berbagai jenis library lainnya.
5. Mendukung instrument-instrument virtual seperti voltmeter, ammeter,
oscciloscope, logic analyser, dll,
6. Memiliki kemampuan menampilkan berbagi jenis analisis secara grafis seperti
transient, frekuensi, noise, distorsi, AC dan DC, dll.
7. Mendukung berbagai jenis komponen-komponen analog, Mendukung open
architecture sehingga kita bisa memasukkan program seperti C++ untuk
keperluan simulasi,
Universitas Sumatera Utara
15
8. Mendukung pembuatan PCB yang di-update secara langsung dari program ISIS
ke program pembuat PCB-ARES.
Proteus ISIS merupakan program terintegrasi dengan proteus yang menjadi
program utama pada software proteus. ISIS dirancang untuk membuat sebuah skematik
rangkaian elektronika dan dapat menyimulasikan rangkaian dengan memberikan
sebuah program ke dalam sebuah mikroprosesor. Proteus ISIS dapat dilihat pada
gambar 2.9.
Gambar 2.9 Tampilan Software Proteus ISIS
Proteus ARES merupakan tempat untuk membuat layout PCB berdasarkan
skematik rangkaian elektronika yang telah dibuat di ISIS. Software Proteus ARES dapat
dilihat pada gambar 2.10.
Gambar 2.10 Tampilan Software Proteus ARES
Universitas Sumatera Utara
16
2.9. Arduino Development Environment
Arduino Development Environment adalah sebuah perangkat lunak yang memudahkan
kita mengembangkan aplikasi mikrokontroler mulai dari menuliskan source program,
kompilasi, upload hasil kompilasi, dan uji coba secara terminal serial. Arduino
Development Environment terdiri dari editor teks untuk menulis kode, sebuah area
pesan, sebuah konsol, sebuah toolbar dengan tombol-tombol untuk fungsi yang umum
dan beberapa menu. Arduino Development Environment terhubung ke arduino board
untuk meng-upload program dan juga untuk berkomunikasi dengan arduino board.
Arduino Development Environment dapat dilihat pada gambar 2.11.
Gambar 2.11 Software IDE Arduino
Universitas Sumatera Utara