Rancang Bangun Alat Pendeteksi Kualitas Minyak Goreng Berdasarkan Warna RGB Berbasis Mikrokontroler ATMega 8535
6
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pengertian Minyak Goreng
Minyak merupakan zat makanan yang penting untuk menjaga kesehatan
tubuh manusia. Selain itu minyak juga merupakan sumber energi yang lebih efektif
dibandingkan karbohidrat dan protein. Minyak juga berfungsi sebagai sumber dan
pelarut bagi vitamin-vitamin A, D, E dan K
Minyak goreng adalah salah satu kebutuhan pokok masyarakat Indonesia
dalam rangka pemenuhan kebutuhan sehari-hari. Minyak goreng yang kita konsumsi
sehari-hari sangat erat kaitannya dengan kesehatan kita. Masyarakat kita sangat
majemuk dengan tingkat ekonomi yang berbeda-beda. Ada masyarakat yang
menggunakan minyak goreng hanya untuk sekali pakai, namun ada juga masyarakat
yang menggunakan minyak goreng untuk berkali-kali pakai.
Minyak goreng biasanya bisa digunakan hingga 3 - 4 kali penggorengan. Jika
digunakan berulang kali, minyak akan berubah warna. Setelah penggorengan berkalikali, asam lemak yang terkandung dalam minyak akan semakin jenuh. Dengan
demikian minyak tersebut dapat dikatakan telah rusak atau dapat disebut minyak
jelantah. Selain karena penggorengan berkali-kali, minyak dapat menjadi rusak
karena penyimpanan yang salah dalam jangka waktu tertentu. Bahkan banyak
pedagang gorengan yang menggunakan cara curang demi untuk menghasilkan
gorengan yang renyah dan rapuh yaitu dengan mencampurkan bahan kimia
berbahaya seperti lilin, plastik dan solar ke minyak gorengnya. Tentu ini sangat
berbahaya bagi kesehatan kita.
Minyak goreng merupakan kebutuhan pokok yang digunakan setiap hari oleh
masyarakat. Minyak goreng penting untuk menjaga kualitas makanan yang dimasak,
minyak goreng yang digunakan juga sangat berpengaruh pada kesehatan tubuh kita.
Untuk itu sangat peting dalam pemilihan minyak goreng yang tepat dan berkualitas.
Universitas Sumatera Utara
7
2.2. Teori Warna
2.2.1. Warna Dalam Cahaya
Warna dapat didefinisikan sebagai bagian dari pengalamatan indera
pengelihatan, atau sebagai sifat cahaya yang dipancarkan. Proses terlihatnya warna
adalah dikarenakan adanya cahaya yang menimpa suatu benda, dan benda tersebut
memantulkan cahaya ke mata (retina) kita hingga terlihatlah warna. Benda berwarna
merah karena sifat pigmen benda tersebut memantulkan warna merah dan menyerap
warna lainnya. Benda berwarna hitam karena sifat pigmen benda tersebut menyerap
semua warna. Sebaliknya suatu benda berwarna putih karena sifat pigmen benda
tersebut memantulkan semua warna. Teori dan pengenalan warna telah banyak
dipaparkan oleh para ahli, diantaranya sebagai berikut:
a. Teori Newton (1642-1727)
Pembahasan mengenai keberadaan warna secara ilmiah dimulai dari hasil
temuan Sir Isaac Newton yang dimuat dalam bukunya “Optics” (1704). Ia
mengungkapkan bahwa warna itu ada dalam cahaya. Hanya cahaya satu- satunya
sumber warna bagi setiap benda. Asumsi yang dikemukan oleh Newton didasarkan
pada penemuannya dalam sebuah eksperimen. Di dalam sebuah ruangan gelap,
seberkas cahaya putih matahari diloloskan lewat lubang kecil dan menerpa sebuah
prisma. Ternyata cahaya putih matahari yang bagi kita tidak tampak berwarna, oleh
prisma tersebut dipecahkan menjadi susunan cahaya berwarna yang tampak di mata
sebagai cahaya merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu, yang kemudian
dikenal sebagai susunan spektrum dalam cahaya. Jika spektrum cahaya tersebut
dikumpulkan dan diloloskan kembali melalui sebuah prisma, cahaya tersebut
kembali menjadi cahaya putih. Jadi, cahaya putih (seperti cahaya matahari)
sesungguhnya merupakan gabungan cahaya berwarna dalam spektrum.
Gambar 1 Spektrum Cahaya pada Prisma
Newton kemudian menyimpulkan bahwa benda – benda sama sekali tidak
berwarna tanpa ada cahaya yang menyentuhnya. Sebuah benda tampak kuning
Universitas Sumatera Utara
8
karena fotoreseptor (penangkap/penerima cahaya) pada mata manusia menangkap
cahaya kuning yang dipantulkan oleh benda tersebut. Sebuah apel tampak merah
bukan karena apel tersebut berwarna merah, tetapi karena apel tersebut hanya
memantulkan cahaya merah dan menyerap warna cahaya lainnya dalam spektrum.
Gambar 2 Mata Melihat Apel Berwarna Merah
Cahaya yang dipantulkan hanya merah, lainnya diserap. Maka warna yang
tampak pada pengamat adalah merah. Sebuah benda berwarna putih karena benda
tersebut memantulkan semua cahaya spektrum yang menimpanya dan tidak satupun
diserapnya. Dan sebuah benda tampak hitam jika benda tersebut menyerap semua
unsur warna cahaya dalam spektrum dan tidak satu pun dipantulkan atau benda
tersebut berada dalam gelap. Cahaya adalah satu-satunya sumber warna dan bendabenda yang tampak berwarna semuanya hanyalah pemantul, penyerap dan penerus
warna-warna dalam cahaya.
b. Teori Young (1801) dan Helmholtz (1850)
Thomas Young seorang ilmuwan berkebangsaan Inggris adalah orang
pertama kali memberi dukungan yang masuk akal terhadap pernyataan Newton
tentang penglihatan warna. Asumsi Newton tentang penglihatan, cahaya dan
keberadaan warna- warna benda diuji kembali. Young membenarkan beberapa
asumsi- asumsi Newton, tapi Young menolak pernyataan Newton yang menyatakan
bahwa mata memiliki banyak reseptor untuk menerima bermacam warna. Pada tahun
1801 Thomas Young mengemukakan hipotesa bahwa mata manusia hanya memiliki
3 buah reseptor penerima cahaya, yaitu reseptor yang peka terhadap cahaya biru,
Universitas Sumatera Utara
9
merah dan hijau. Seluruh penglihatan warna didasarkan pada ketiga reseptor tersebut.
Tetapi Young hampir tidak melakukan eksperimen apapun untuk mendukung
pernyataannya.
Seorang ahli penglihatan Jerman Hermann von Helmholtz menghidupkan dan
menjelaskan kebenaran teori Young. Hasil usaha bersama ini kemudian terkenal
dengan “Teori Young-Helmholtz” atau “Teori Penglihatan 3 Warna” atau “Teori 3
Reseptor”. Melalui ketiga reseptor pada retina mata kita dapat melihat semua warna
serta membeda- bedakannya. Jika cahaya menimpa benda, maka benda tersebut akan
memantulkan satu atau lebih cahaya dalam spektrum. Jika cahaya yang dipantulkan
tersebut menimpa mata, maka reseptor- reseptor di retina akan terangsang salah
satunya, dua, atau ketiganya sekaligus. Jika cahaya biru sampai ke mata, reseptor
yang peka birulah yang terangsang, dan warna yang tampak adalah biru. Jika
reseptor hijau yang terangsang, maka warna yang tampak adalah hijau, dan kalau
reseptor merah yang terangsang warna yang tampak adalah merah.
c. Eksperimen James Clerck Maxwell (1855-1861)
Penemuan Young dan Helmholtz membuktikan bahwa terdapat hubungan
antara warna cahaya yang datang ke mata dengan warna yang diterima di otak. Hal
ini merupakan dukungan awal terhadap asumsi Newton tentang cahaya dan warnawarna benda. Asumsi Newton menyatakan bahwa benda yang tampak berwarna
sebenarnya hanyalah penerima, penyerap, dan penerus warna cahaya yang ada dalam
spektrum. James Clerck Maxwell membuat srangkaian percobaan dengan
menggunakan proyektor cahaya dan penapis (filter) berwarna. 3 buah proyektor yang
telah diberi penapis (filter) warna yang berbeda disorotkan ke layar putih di ruang
gelap. Penumpukkan dua atau tiga cahaya berwarna ternyata menghasilkan warna
cahaya yang lain (tidak dikenal) dalam pencampuran warna dengan menggunakan
tinta/cat/bahan pewarna. Penumpukkan (pencampuran) cahaya hijau dan cahaya
merah, misalnya menghasilkan warna kuning.
Hasil experimen Maxwell menyimpulkan bahwa warna hijau, merah dan biru
merupakan warna- warna primer (utama) dalam pencampuran warna cahaya. Warna
primer adalah warna- warna yang tidak dapat dihasilkan lewat pencampuran warna
Universitas Sumatera Utara
10
apapun. Melalui warna- warna primer cahaya ini (biru, hijau, dan merah) semua
warna cahaya dapat dibentuk dan diciptakan. Jika ketiga warna cahaya primer ini
dalam intensitas maksimum digabungkan, berdasarkan eksperimen 3 proyektor yang
didemonstrasikan Maxwell, maka ditunjukkan sebagai berikut:
Y
B
CYAN
RED
GREEN
MAGENTA
WHITE
M
BLACK
C
G
BLUE
(a) Warna Primer Aditif
R
YELLOW
(b) Warna Primer Substraktif
Gambar 3 Diagram Percobaan Maxwell
Eksperimen Maxwell merupakan model atau tiruan yang bagus sekali untuk
memudahkan pemahaman kita tentang bagaimana reseptor mata menangkap cahaya
sehingga menimbulkan penglihatan berwarna di otak.
Pencampuran warna dalam cahaya dan bahan pewarna menunjukkan gejala
yang berbeda. Sekalipun begitu, dengan memperhatikan hasilnya secara seksama
pada pencampuran masing- masing warna primer, dapatlah diperkirakan adanya
suatu hubungan yang saling terkait satu sama lain. Warna kuning dalam cahaya
ternyata dapat dihasilkan dengan menambahkan warna cahaya primer hijau pada
cahaya merah. Cara menghasilkan warna cahaya baru dengan mencampurkan 2 atau
lebih warna cahaya disebut “pencampuran warna secara aditif” (additive=
penambahan). Warna- warna utama cahaya (merah, hijau, biru) selanjutnya
kemudian dikenal juga sebagai warna- warna utama aditif (additive primaries).
Pencampuran warna secara aditif hanya dipergunakan dalam pencampuran warna
cahaya.
Hasil pencampuran warna ini menunjukkan gejala yang berbeda bidang
pencampuran warna seperti pada cat. Dengan pencampuran bahan pewarna (cat)
Universitas Sumatera Utara
11
warna cat merah dapat dihasilkan dengan mencampur cat warna primer magenta dan
cat warna primer yellow. Mencampurkan 2 atau lebih cat berwarna pada hakekatnya
adalah mengurangi intensitas dan jebis warna cahaya yang dapat terpantul kembali
oleh benda/cat tersebut. Pencampuran warna serupa ini dengan menggunakan
pewarna/cat kemudian disebut dengan pencampuran warna secara substraktif
(substractive= pengurangan). Warna- warna utama dalam cat/bahan pewarna
kemudian lazim disebut dengan warna-warna utama /primer substraktif (substractive
primaries)
2.2.2. Spektrum Warna
Warna yang kita lihat diinterpretasikan dalam bentuk spektrum warna atau
spektrum sinar tampak. Berikut adalah gambaran spektrum sinar tampak:
Gambar 4 Spektrum Warna
Dan warna- warna utama dari spektrum sinar tampak adalah:
Tabel 1 Spektrum Warna
Pada kenyataannya, warna saling bercampur satu sama lain. Spektrum warna
tidak hanya terbatas pada warna- warna yang dapat kita lihat. Sangat mungkin
mendapatkan panjang gelombang yang lebih pendek dari sinar ungu atau lebih
panjang dari sinar merah. Pada spektrum yang lebih lengkap, akan ditunjukan ultra-
Universitas Sumatera Utara
12
unggu dan infra-merah, tetapi dapat diperlebar lagi hingga sinar-X dan gelombang
radio, diantara sinar yang lain. Gambar berikut menunjukkan posisi spektrumspektrum tersebut.
Gambar 5 Spektrum Gelombang Elektromagnetik
2.3
Sensor Photodioda
Photodioda adalah suatu jenis dioda yang resistansinya akan berubah-ubah
apabila terkena sinar cahaya yang dikirim oleh transmitter “LED”. Resistansi dari
photodioda dipengaruhi oleh intensitas cahaya yang diterimanya, semakin banyak
cahaya yang diterima maka semakin kecil resistansi dari photodioda dan
begitupula sebaliknya jika semakin sedikit intensitas cahaya yang diterima oleh
sensor photodioda maka semakin besar nilai resistansinya. Sensor photodioda
sama seperti sensor LDR (Light Dependent Resistor), mengubah besaran cahaya
yang diterima sensor menjadi perubahan konduktansi (kemampuan suatu benda
menghantarkan arus listrik dari suatu bahan). Seperti yang terlihat pada gambar
2.6 merupakan bentuk fisik dari sensor photodioda.
Gambar 6 Simbol dan bentuk fisik untuk photodioda
Photodioda terbuat dari bahan semikonduktor. Photodioda yang sering
digunakan pada rangkaian-rangkaian elektronika adalah photodioda dengan bahan
silicon (Si) atau gallium arsenide (GaAs), dan lain-lain termasuk indium antimonide
(InSb), indium arsenide (InAs), lead selenide (PbSe), dan timah sulfide (PBS).
Universitas Sumatera Utara
13
Bahan-bahan ini menyerap cahaya melalui karakteristik jangkauan panjang
gelombang, misalnya: 250 nm - 1100 nm untuk photodioda dengan bahan silicon,
dan 800 nm ke 2,0 μm untuk photodioda dengan bahan Gas. Adapun spesifikasi dari
photodioda yaitu seperti dibawah ini :
1.
Ada 2 pin kaki dari photodioda yaitu pin kaki anoda dan pin kaki katoda.
2.
Photodioda bekerja pada saat reverse bias.
3.
Reverse voltage photodioda maksimalnya 32 volt.
2.3.1
Prinsip Kerja Sensor Photodioda
A
B
Gambar 7. Rangkaian Prinsip Kerja Sensor Photodioda
Seperti yang terlihat pada gambar 7 A merupakan rangkaian dasar dari sensor
photodioda, pada kondisi awal LED sebagai transmitter cahaya akan menyinari
photodioda sebagai receiver sehingga nilai resistansi pada sensor photodioda akan
minimum dengan kata lain nilai Vout akan mendekati logika 0 (low). Sedangkan
pada kondisi kedua pada gambar 7 B cahaya pada led terhalang oleh permukaan
hitam sehingga photodioda tidak dapat menerima cahaya dari led maka nilai
resistansi R1 maksimum, sehingga nilai Vout akan mendekati Vcc yang berlogika 1
(high).
Universitas Sumatera Utara
14
Adapun aplikasi dari rangkaian sensor photodioda yang telah dijelaskan
sebelumnya dapat terlihat pada gambar 8 A dan 8 B.
A
B
Gambar 8 Aplikasi Sensor Photodioda
Gambar 8 A dan 8 B merupakan desain photodioda untuk memberikan
output pada photodioda agar berlogika low atau berlogika high yang disebabkan
oleh warna permukaan yang fungsinya sebagai pemantul cahaya dari LED sebagai
transmitter. Pada gambar 8 A photodioda dipasang secara berdampingan antara
photodioda (receiver) dan LED (transmitter). Didepan photodioda dan led
diletakkan kertas putih sehingga cahaya yang dipancarkan dari led akan
dipantulkan oleh kertas dan cahaya akan diterima oleh photodioda sehingga output
dari photodioda berlogika 0 (low). Dan pada gambar 8 B, photodioda dan LED
diletakkan secara berdampingan dan didepannya diletakkan kertas berwarna hitam
sehingga cahaya yang dipancarkan oleh led akan diserap oleh kertas berwarna
hitam sehingga photodioda tidak dapat menerima cahaya. Dan itu menyebabkan
output dari photodioda berlogika 1 (high).
2.4.
Mikrokontroller ATMega 8535
ATMega8535 adalah mikrokontroler CMOS 8 bit daya rendah berbasis
arsitektur RISC. Instruksi dikerjakan pada satu siklus clock, ATMega8535
mempunyai throughput mendekati 1 MIPS per MHz, hal ini membuat ATMega8535
dapat bekerja dengan kecepatan tinggi walaupun dengan penggunaan daya rendah.
Mikrokontroler ATmega8535 memiliki beberapa fitur atau spesifikasi yang
menjadikannya sebuah solusi pengendali yang efektif untuk berbagai keperluan.
Fitur-fitur tersebut antara lain:
Universitas Sumatera Utara
15
1.
Saluran I/O sebanyak 32 buah, yang terdiri atas Port A, B, C dan D
2.
ADC (Analog to Digital Converter)
3.
Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan perbandingan
4.
CPU yang terdiri atas 32 register
5.
Watchdog Timer dengan osilator internal
6.
SRAM sebesar 512 byte
7.
Memori Flash sebesar 8kb dengan kemampuan read while write
8.
Unit Interupsi Internal dan External
9.
Port antarmuka SPI untuk men-download program ke flash
10. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi
11. Antarmuka komparator analog
12. Port USART untuk komunikasi serial.
2.4.1. Konfigurasi Pin ATMega8535
Mikrokontroler
AVR
ATMega
8535
memiliki
40 pin dengan
32 pin diantaranya digunakan sebagai port paralel. Satu port paralel terdiri dari
8 pin,
sehingga
jumlah port pada
mikrokontroler
yaitu port A, port B, port C
dan port D.
memiliki pin antara port A.0
sampai
Sebagai
adalah
contoh
dengan port A.7,
4 port,
adalah port A
demikian
selanjutnya
untuk port B, port C, port D.
Berikut deskripsi Pin pada ATMega8535 :
VCC
: berfungsi sebagai suplay digital 5 volt
GND
: berfungsi sebagai ground
RESET
: Input reset level rendah, pada pin ini selama lebih dari panjang
pulsa minimum akan
berjalan.
RST
pada pin ini
menghasilkan reset walaupun clock sedang
pada pin 9
diberi
merupakan reset dari
masukan low selama
AVR.
minimal
Jika
2 machine
cycle maka sistem akan di-reset
XTAL 1
: Input penguat osilator inverting dan input pada rangkaian
operasi clock internal
XTAL 2
: Output dari penguat osilator inverting
Universitas Sumatera Utara
16
: Pin tegangan suplai untuk port A dan ADC. Pin ini harus
Avcc
dihubungkan ke Vcc walaupun ADC tidak digunakan, maka pin ini
harus dihubungkan ke Vcc melalui low pass filter
Aref
: pin referensi tegangan analog untuk ADC
AGND
: pin untuk analog ground. Hubungkan kaki ini ke GND, kecuali
jika board memiliki analog ground yang terpisah
Berikut ini adalah penjelasan dari pin mikrokontroler ATMega 8535
menurut port-nya masing-masing:
1. Port A
Pin 33 sampai dengan pin 40 merupakan pin dari port A. Merupakan 8 bit
directional
port I/O.
Setiap pin-nya
dapat
menyediakan internal
pull-up
resistor (dapat diatur per bit). Output buffer port A dapat memberi arus 20 mA dan
dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port A
(DDRA) harus di-setting terlebih dahulu sebelum port A digunakan. Bit-bit DDRA
diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port A yang disesuaikan sebagai input, atau
diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, pin-pin pada port A juga memiliki fungsifungsi alternatif khusus seperti yang dapat dilihat dalam tabel:
Tabel 2 Penjelasan Pin pada port A
Pin
Keterangan
PA.7
ADC7 (ADC Input Channel 7)
PA.6
ADC6 (ADC Input Channel 6)
PA.5
ADC7 (ADC Input Channel 5)
PA.5
ADC4 (ADC Input Channel 4)
PA.3
ADC3 (ADC Input Channel 3)
PA.2
ADC2 (ADC Input Channel 2)
PA.1
ADC1 (ADC Input Channel 1)
PA.0
ADC0 (ADC Input Channel 0)
2. Port B
Pin 1 sampai dengan pin 8 merupakan pin dari port B. Merupakan 8 bit
directional
port I/O.
Setiap pin-nya
dapat
menyediakan internal
pull-up
resistor (dapat diatur per bit). Output buffer port B dapat memberi arus 20 mA dan
dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port B
Universitas Sumatera Utara
17
(DDRB) harus di-setting terlebih dahulu sebelum port B digunakan. Bit-bit DDRB
diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port B yang disesuaikan sebagai input, atau
diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, pin-pin port B juga memiliki fungsi-fungsi
alternatif khusus seperti yang dapat dilihat dalam tabel:
Tabel 3. Penjelasan Pin pada port B
Pin
PB.7
PB.6
PB.5
PB.4
PB.3
PB.2
PB.1
PB.0
Keterangan
SCK (SPI Bus Serial Clock)
VISO (SPI Bus Master Input/Slave Output)
VOSI (SPI Bus Master Output/Slave Input)
SS (SPI Slave Select Input)
AIN1 (Analog Comparator Negative Input)OCC (Timer/Counter0 Output
Compare Match Output)
AIN0 (Analog Comparator Positive Input)INT2 (External Interrupt2 Input)
T1 (Timer/Counter1 External Counter Input)
T0 (Timer/Counter0 External Counter Input)XCK (JSART External Clock
Input/Output)
3. Port C
Pin 22 sampai dengan pin 29 merupakan pin dari port C. Port C sendiri
merupakan port input atau output. Setiap pin-nya dapat menyediakan internal pull-up
resistor (dapat diatur per bit). Output buffer port C dapat memberi arus 20 mA dan
dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port C
(DDRC) harus di-setting terlebih dahulu sebelum port C digunakan. Bit-bit DDRC
diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port C yang disesuaikan sebagai input, atau
diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, pin-pin port D juga memiliki fungsi-fungsi
alternatif khusus seperti yang dapat dilihat dalam berikut ini :
Tabel 4. Penjelasan Pin pada Port C
Pin
Keterangan
PC.7
TOSC2 (Timer Oscillator Pin 2)
PC.6
TOSC1 (Timer Oscillator Pin 1)
PC.1
SDA (Two-Wire Serial Bus Data Input/Output Line)
Universitas Sumatera Utara
18
SCL (Two-Wire Serial Bus Clock Line)
PC.0
4. Port D
Pin 14 sampai dengan pin 20 merupakan pin dari port D. Merupakan 8 bit
directional
port I/O.
Setiap pin-nya
dapat
menyediakan internal
pull-up
resistor (dapat diatur per bit). Output buffer port D dapat memberi arus 20 mA dan
dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port D
(DDRD) harus di-setting terlebih dahulu sebelum port D digunakan. Bit-bit DDRD
diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port D yang disesuaikan sebagai input, atau
diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, pin-pin port D juga memiliki fungsi-fungsi
alternatif khusus seperti yang dapat dilihat dalam tabel :
Tabel 5. Penjelasan Pin pada Port D
Pin
Keterangan
PD.0
RDX (UART input line)
PD.1
TDX (UART output line)
PD.2
INT0 (external interrupt 0 input)
PD.3
INT1 (external interrupt 1 input)
PD.4
OC1B (Timer/Counter1 output compareB match output)
PD.5
OC1A (Timer/Counter1 output compareA match output)
PD.6
ICP (Timer/Counter1 input capture pin)
PD.7
OC2 (Timer/Counter2 output compare match output)
Universitas Sumatera Utara
19
(a)
(b)
Gambar 9. (a) Konfigurasi pin ATMega8535, (b) Bentuk ATMega8535
2.5. IC 7805 Regulator Tegangan
Voltage regulator IC adalah IC yang digunakan untuk mengatur tegangan. IC
7805 adalah Regulator 5V Voltage yang membatasi output tegangan 5V dan menarik
5V diatur power supply. Muncul dengan ketentuan untuk menambahkan heatsink.
Nilai maksimum untuk input ke regulator tegangan 35V. Hal ini dapat memberikan
aliran tegangan stabil konstan 5V untuk input tegangan yang lebih tinggi sampai
batas ambang 35V. Jika tegangan dekat 7.5V maka tidak menghasilkan panas dan
karenanya tidak perlu untuk heatsink. Jika input tegangan lebih, maka kelebihan
listrik dibebaskan sebagai panas dari 7805. Ini mengatur output stabil 5V jika
tegangan input adalah mulai dari 7.2V ke 35V. Oleh karena itu untuk menghindari
kehilangan daya mencoba mempertahankan input ke 7.2V. Dalam beberapa fluktuasi
tegangan sirkuit fatal (untuk misalnya mikrokontroler), untuk situasi semacam itu
untuk memastikan tegangan konstan IC 7805 Voltage Regulator digunakan. Oleh
karena itu 7805 akan mengatur 5V dan 7806 akan mengatur 6V dan seterusnya.
Skema yang diberikan di bawah ini menunjukkan bagaimana menggunakan IC 7805,
ada 3 pin di IC 7805, pin 1 mengambil tegangan input dan pin 3 menghasilkan
tegangan output. The GND dari kedua input dan out yang diberikan ke pin 2.
Gambar 10. IC LM 7805
Universitas Sumatera Utara
20
2.6. LED (Light Emitting Diode)
Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah komponen
elektronika yang dapat memancarkan cahaya monokromatik ketika diberikan
tegangan maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan
semikonduktor. Warna-warna cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada
jenis bahan semikonduktor yang dipergunakannya.
2.6.1. Cara Kerja LED (Light Emitting Diode)
LED merupakan keluarga dari Dioda yang terbuat dari Semikonduktor. Cara
kerjanya pun hampir sama dengan Dioda yang memiliki dua kutub yaitu kutub
Positif (P) dan Kutub Negatif (N). LED hanya akan memancarkan cahaya apabila
dialiri tegangan maju (bias forward) dari Anoda menuju ke Katoda. LED terdiri dari
sebuah chip semikonduktor yang di doping sehingga menciptakan junction P dan N.
Yang dimaksud dengan proses doping dalam semikonduktor adalah proses untuk
menambahkan ketidakmurnian (impurity) pada semikonduktor yang murni sehingga
menghasilkan karakteristik kelistrikan yang diinginkan. Ketika LED dialiri tegangan
maju atau bias forward yaitu dari Anoda (P) menuju ke Katoda (K), Kelebihan
Elektron pada N-Type material akan berpindah ke wilayah yang kelebihan Hole
(lubang) yaitu wilayah yang bermuatan positif (P-Type material). Saat Elektron
berjumpa dengan Hole akan melepaskan photon dan memancarkan cahaya
monokromatik (satu warna).
Untuk mengetahui polaritas terminal Anoda (+) dan Katoda (-) pada LED.
Kita dapat melihatnya secara fisik berdasarkan pada gambar 11. Ciri-ciri terminal
Anoda pada LED adalah kaki yang lebih panjang dan juga Lead Frame yang lebih
kecil. Sedangkan ciri-ciri Terminal Katoda adalah Kaki yang lebih pendek dengan
Lead Frame yang besar serta terletak di sisi yang Flat.
Universitas Sumatera Utara
21
Gambar 11. Polaritas LED
Gambar 12. Simbol LED
2.6.2. Warna-Warna LED (Light Emitting Diode)
Saat ini, LED telah memiliki beranekaragam warna, diantaranya seperti
warna merah, kuning, biru, putih, hijau, jingga dan infra merah. Keanekaragaman
Warna pada LED tersebut tergantung pada wavelength (panjang gelombang) dan
senyawa semikonduktor yang dipergunakannya. Berikut ini adalah Tabel Senyawa
Semikonduktor yang digunakan untuk menghasilkan variasi warna pada LED :
Tabel 6. Senyawa Semikonduktor LED
Bahan
Panjang
Semikonduktor
Gelombang
Warna
Gallium Arsenide (GaAs)
850-940nm
Infra Merah
Gallium Arsenide Phosphide (GaAsP)
630-660nm
Merah
Gallium Arsenide Phosphide (GaAsP)
605-620nm
Jingga
Gallium Arsenide Phosphide Nitride (GaAsP:N)
585-595nm
Kuning
Universitas Sumatera Utara
22
Aluminium Gallium Phosphide (AlGaP)
550-570nm
Hijau
Silicon Carbide (SiC)
430-505nm
Biru
Gallium Indium Nitride (GaInN)
450nm
Putih
Tegangan Maju (Forward Bias) LED
Masing-masing Warna LED (Light Emitting Diode) memerlukan tegangan
maju (Forward Bias) untuk dapat menyalakannya. Tegangan Maju untuk LED
tersebut tergolong rendah sehingga memerlukan sebuah Resistor untuk membatasi
Arus dan Tegangannya agar tidak merusak LED yang bersangkutan. Tegangan Maju
biasanya dilambangkan dengan tanda VF.
Tabel 7 Tegangan Maju LED
Warna
Tegangan Maju @20mA
Infra Merah
1,2V
Merah
1,8V
Jingga
2,0V
Kuning
2,2V
Hijau
3,5V
Biru
3,6V
Putih
4,0V
2.7.
LCD (Liquid Crystal Display)
Layar LCD merupakan suatu media penampilan data yang sangat efektif dan
efisien dalam penggunaannya. Untuk menampilkan sebuah karakter pada layar LCD
diperlukan beberapa rangkaian tambahan. Untuk lebih memudahkan para pengguna,
maka beberapa perusahaan elektronik menciptakan modul LCD.
Universitas Sumatera Utara
23
Gambar 13. LCD (Liquid Crystal Display)
LCD dibagi menjadi dua bagian yaitu bagian depan panel LCD yang terdiri
dari banyak dot atau titik LCD dan mikrokontroler yang menempel pada bagian
belakang panel LCD yang berfungsi untuk mengatur titik-titik LCD sehingga dapat
menampilkan huruf, angka, dan simbol khusus yang dapat terbaca. Fungsi Pin-Pin
LCD
Tabel 8. Konfigurasi Pin LCD 20x4
Sedangkan secara umum pin-pin LCD diterangkan sebagai berikut :
1. Pin 1 dan 2 Merupakan sambungan catu daya, Vss dan Vdd. Pin Vdd
dihubungkan dengan tegangan positif catu daya, dan Vss pada 0V atau ground.
Meskipun data menentukan catu 5 Vdc (hanya pada beberapa mA),
Universitas Sumatera Utara
24
menyediakan 6V dan 4.5V yang keduanya bekerja dengan baik, bahkan 3V
cukup untuk beberapa modul.
2. Pin 3 merupakan pin kontrol Vee, yang digunakan untuk mengatur kontras
display. Idealnya pin ini dihubungkan dengan tegangan yang bisa diubah untuk
memungkinkan pengaturan terhadap tingkatan kontras display sesuai dengan
kebutuhan, pin ini dapat dihubungkan dengan variable resistor sebagai pengatur
kontras.
3. Pin 4 merupakan Register Select (RS), masukan yang pertama dari tiga
command control input. Dengan membuat RS menjadi high, data karakter dapat
ditransfer dari dan menuju modulnya.
4. Pin 5 Read/Write (R/W), untuk memfungsikan sebagai perintah write maka R/W
low atau menulis karakter ke modul. R/W high untuk membaca data karakter
atau informasi status dari register-nya.
5. Pin 6 Enable (E), input ini digunakan untuk transfer aktual dari perintah-perintah
atau karakter antara modul dengan hubungan data. Ketika menulis ke display,
data ditransfer hanya pada perpindahan high atau low. Tetapi ketika membaca
dari display, data akan menjadi lebih cepat tersedia setelah perpindahan dari low
ke high dan tetap tersedia hingga sinyal low lagi.
6. Pin 7 sampai 14 adalah delapan jalur data/data bus (D0 sampai D7) dimana data
dapat ditransfer ke dan dari display.
7. Pin 16 dihubungkan kedalam tegangan 5 Volt untuk memberi tegangan dan
menghidupkan lampu latar/Back Light LCD.
2.8. Bahasa Pemrograman Mikrokontroler dengan CodeVisionAVR
Bahasa pemrograman CodeVisionAVR (Gambar 14) merupakan software Ccross Compiler, yang mana program dapat ditulis menggunakan bahasa C. Selain
tersedia dalam versi berbayar dengan lisensi, juga terdapat versi evaluation yang bisa
digunakan tanpa lisensi, namun dengan fungsi yang terbatas. CodeVision memiliki
IDE (Integrated Development Environment) yang lengkap, yang mana penulisan
program, compile, link, pembuatan kode mesin (assembler) dan download program
ke chip AVR dapat dilakukan dengan CodeVision, selain itu ada fasilitas terminal,
Universitas Sumatera Utara
25
yaitu melakukan komunikasi serial dengan mikrokontroler yang sudah di program.
Proses download program ke IC mikrokontroler AVR dapat menggunakan System
programmable Flash on-Chip mengizinkan memori program untuk diprogram ulang
dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI.
Gambar 14. Tampilan awal saat menjalankan program CodeVisionAVR
Salah satu keistimewaan bahasa pemrograman CodeVision ini adalah
memiliki library standar C dan library tertentu untuk keperluan sebagai berikut:
a.
Modul LCD alphanumeric
b.
Bus I2C dari Philips
c.
Sensor Suhu LM75 dari National Semiconductor
d.
Real-Time Clock: PCF8563, PCF8583 dari Philips, DS1302 dan DS1307 dari
Maxim/Dallas Semiconductor
e.
Protokol 1-Wire dari Maxim/Dallas Semiconductor
f.
Sensor
Suhu
DS1820,
DS18S20,
dan
DS18B20
dari
Maxim/Dallas
Semiconductor
g.
Termometer/Termostat DS1621 dari Maxim/Dallas Semiconductor
h.
EEPROM DS2430 dan DS2433 dari Maxim/Dallas Semiconductor
i.
SPI
j.
Power Management
k.
Delay
l.
Konversi ke Kode Gray
Universitas Sumatera Utara
26
CodeVisionAVR juga mempunyai Automatic Program Generator bernama
CodeWizardAVR, yang dapat mempermudah programmer dalam menulis kodekode program yang bersifat umum, antara lain:
a.
Set-up akses memori eksternal
b.
Inisialisasi port input/output
c.
Inisialisasi interupsi eksternal
d.
Inisialisasi Timer/Counter
e.
Inisialisasi Watchdog-Timer
f.
Inisialisasi UART (USART) dan komunikasi serial berbasis buffer yang
digerakkan oleh interupsi
g.
Inisialisasi Pembanding Analog
h.
Inisialisasi ADC
i.
Inisialisasi Antarmuka SPI
j.
Inisialisasi Antarmuka Two-Wire
k.
Inisialisasi Antarmuka CAN
l.
Inisialisasi Bus I2C, Sensor Suhu LM75, Thermometer/Thermostat DS1621 dan
Real-Time Clock PCF8563, PCF8583, DS1302, dan DS1307
m. Inisialisasi Bus 1-Wire dan Sensor Suhu DS1820, DS18S20
n.
Inisialisasi modul LCD
Universitas Sumatera Utara
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pengertian Minyak Goreng
Minyak merupakan zat makanan yang penting untuk menjaga kesehatan
tubuh manusia. Selain itu minyak juga merupakan sumber energi yang lebih efektif
dibandingkan karbohidrat dan protein. Minyak juga berfungsi sebagai sumber dan
pelarut bagi vitamin-vitamin A, D, E dan K
Minyak goreng adalah salah satu kebutuhan pokok masyarakat Indonesia
dalam rangka pemenuhan kebutuhan sehari-hari. Minyak goreng yang kita konsumsi
sehari-hari sangat erat kaitannya dengan kesehatan kita. Masyarakat kita sangat
majemuk dengan tingkat ekonomi yang berbeda-beda. Ada masyarakat yang
menggunakan minyak goreng hanya untuk sekali pakai, namun ada juga masyarakat
yang menggunakan minyak goreng untuk berkali-kali pakai.
Minyak goreng biasanya bisa digunakan hingga 3 - 4 kali penggorengan. Jika
digunakan berulang kali, minyak akan berubah warna. Setelah penggorengan berkalikali, asam lemak yang terkandung dalam minyak akan semakin jenuh. Dengan
demikian minyak tersebut dapat dikatakan telah rusak atau dapat disebut minyak
jelantah. Selain karena penggorengan berkali-kali, minyak dapat menjadi rusak
karena penyimpanan yang salah dalam jangka waktu tertentu. Bahkan banyak
pedagang gorengan yang menggunakan cara curang demi untuk menghasilkan
gorengan yang renyah dan rapuh yaitu dengan mencampurkan bahan kimia
berbahaya seperti lilin, plastik dan solar ke minyak gorengnya. Tentu ini sangat
berbahaya bagi kesehatan kita.
Minyak goreng merupakan kebutuhan pokok yang digunakan setiap hari oleh
masyarakat. Minyak goreng penting untuk menjaga kualitas makanan yang dimasak,
minyak goreng yang digunakan juga sangat berpengaruh pada kesehatan tubuh kita.
Untuk itu sangat peting dalam pemilihan minyak goreng yang tepat dan berkualitas.
Universitas Sumatera Utara
7
2.2. Teori Warna
2.2.1. Warna Dalam Cahaya
Warna dapat didefinisikan sebagai bagian dari pengalamatan indera
pengelihatan, atau sebagai sifat cahaya yang dipancarkan. Proses terlihatnya warna
adalah dikarenakan adanya cahaya yang menimpa suatu benda, dan benda tersebut
memantulkan cahaya ke mata (retina) kita hingga terlihatlah warna. Benda berwarna
merah karena sifat pigmen benda tersebut memantulkan warna merah dan menyerap
warna lainnya. Benda berwarna hitam karena sifat pigmen benda tersebut menyerap
semua warna. Sebaliknya suatu benda berwarna putih karena sifat pigmen benda
tersebut memantulkan semua warna. Teori dan pengenalan warna telah banyak
dipaparkan oleh para ahli, diantaranya sebagai berikut:
a. Teori Newton (1642-1727)
Pembahasan mengenai keberadaan warna secara ilmiah dimulai dari hasil
temuan Sir Isaac Newton yang dimuat dalam bukunya “Optics” (1704). Ia
mengungkapkan bahwa warna itu ada dalam cahaya. Hanya cahaya satu- satunya
sumber warna bagi setiap benda. Asumsi yang dikemukan oleh Newton didasarkan
pada penemuannya dalam sebuah eksperimen. Di dalam sebuah ruangan gelap,
seberkas cahaya putih matahari diloloskan lewat lubang kecil dan menerpa sebuah
prisma. Ternyata cahaya putih matahari yang bagi kita tidak tampak berwarna, oleh
prisma tersebut dipecahkan menjadi susunan cahaya berwarna yang tampak di mata
sebagai cahaya merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu, yang kemudian
dikenal sebagai susunan spektrum dalam cahaya. Jika spektrum cahaya tersebut
dikumpulkan dan diloloskan kembali melalui sebuah prisma, cahaya tersebut
kembali menjadi cahaya putih. Jadi, cahaya putih (seperti cahaya matahari)
sesungguhnya merupakan gabungan cahaya berwarna dalam spektrum.
Gambar 1 Spektrum Cahaya pada Prisma
Newton kemudian menyimpulkan bahwa benda – benda sama sekali tidak
berwarna tanpa ada cahaya yang menyentuhnya. Sebuah benda tampak kuning
Universitas Sumatera Utara
8
karena fotoreseptor (penangkap/penerima cahaya) pada mata manusia menangkap
cahaya kuning yang dipantulkan oleh benda tersebut. Sebuah apel tampak merah
bukan karena apel tersebut berwarna merah, tetapi karena apel tersebut hanya
memantulkan cahaya merah dan menyerap warna cahaya lainnya dalam spektrum.
Gambar 2 Mata Melihat Apel Berwarna Merah
Cahaya yang dipantulkan hanya merah, lainnya diserap. Maka warna yang
tampak pada pengamat adalah merah. Sebuah benda berwarna putih karena benda
tersebut memantulkan semua cahaya spektrum yang menimpanya dan tidak satupun
diserapnya. Dan sebuah benda tampak hitam jika benda tersebut menyerap semua
unsur warna cahaya dalam spektrum dan tidak satu pun dipantulkan atau benda
tersebut berada dalam gelap. Cahaya adalah satu-satunya sumber warna dan bendabenda yang tampak berwarna semuanya hanyalah pemantul, penyerap dan penerus
warna-warna dalam cahaya.
b. Teori Young (1801) dan Helmholtz (1850)
Thomas Young seorang ilmuwan berkebangsaan Inggris adalah orang
pertama kali memberi dukungan yang masuk akal terhadap pernyataan Newton
tentang penglihatan warna. Asumsi Newton tentang penglihatan, cahaya dan
keberadaan warna- warna benda diuji kembali. Young membenarkan beberapa
asumsi- asumsi Newton, tapi Young menolak pernyataan Newton yang menyatakan
bahwa mata memiliki banyak reseptor untuk menerima bermacam warna. Pada tahun
1801 Thomas Young mengemukakan hipotesa bahwa mata manusia hanya memiliki
3 buah reseptor penerima cahaya, yaitu reseptor yang peka terhadap cahaya biru,
Universitas Sumatera Utara
9
merah dan hijau. Seluruh penglihatan warna didasarkan pada ketiga reseptor tersebut.
Tetapi Young hampir tidak melakukan eksperimen apapun untuk mendukung
pernyataannya.
Seorang ahli penglihatan Jerman Hermann von Helmholtz menghidupkan dan
menjelaskan kebenaran teori Young. Hasil usaha bersama ini kemudian terkenal
dengan “Teori Young-Helmholtz” atau “Teori Penglihatan 3 Warna” atau “Teori 3
Reseptor”. Melalui ketiga reseptor pada retina mata kita dapat melihat semua warna
serta membeda- bedakannya. Jika cahaya menimpa benda, maka benda tersebut akan
memantulkan satu atau lebih cahaya dalam spektrum. Jika cahaya yang dipantulkan
tersebut menimpa mata, maka reseptor- reseptor di retina akan terangsang salah
satunya, dua, atau ketiganya sekaligus. Jika cahaya biru sampai ke mata, reseptor
yang peka birulah yang terangsang, dan warna yang tampak adalah biru. Jika
reseptor hijau yang terangsang, maka warna yang tampak adalah hijau, dan kalau
reseptor merah yang terangsang warna yang tampak adalah merah.
c. Eksperimen James Clerck Maxwell (1855-1861)
Penemuan Young dan Helmholtz membuktikan bahwa terdapat hubungan
antara warna cahaya yang datang ke mata dengan warna yang diterima di otak. Hal
ini merupakan dukungan awal terhadap asumsi Newton tentang cahaya dan warnawarna benda. Asumsi Newton menyatakan bahwa benda yang tampak berwarna
sebenarnya hanyalah penerima, penyerap, dan penerus warna cahaya yang ada dalam
spektrum. James Clerck Maxwell membuat srangkaian percobaan dengan
menggunakan proyektor cahaya dan penapis (filter) berwarna. 3 buah proyektor yang
telah diberi penapis (filter) warna yang berbeda disorotkan ke layar putih di ruang
gelap. Penumpukkan dua atau tiga cahaya berwarna ternyata menghasilkan warna
cahaya yang lain (tidak dikenal) dalam pencampuran warna dengan menggunakan
tinta/cat/bahan pewarna. Penumpukkan (pencampuran) cahaya hijau dan cahaya
merah, misalnya menghasilkan warna kuning.
Hasil experimen Maxwell menyimpulkan bahwa warna hijau, merah dan biru
merupakan warna- warna primer (utama) dalam pencampuran warna cahaya. Warna
primer adalah warna- warna yang tidak dapat dihasilkan lewat pencampuran warna
Universitas Sumatera Utara
10
apapun. Melalui warna- warna primer cahaya ini (biru, hijau, dan merah) semua
warna cahaya dapat dibentuk dan diciptakan. Jika ketiga warna cahaya primer ini
dalam intensitas maksimum digabungkan, berdasarkan eksperimen 3 proyektor yang
didemonstrasikan Maxwell, maka ditunjukkan sebagai berikut:
Y
B
CYAN
RED
GREEN
MAGENTA
WHITE
M
BLACK
C
G
BLUE
(a) Warna Primer Aditif
R
YELLOW
(b) Warna Primer Substraktif
Gambar 3 Diagram Percobaan Maxwell
Eksperimen Maxwell merupakan model atau tiruan yang bagus sekali untuk
memudahkan pemahaman kita tentang bagaimana reseptor mata menangkap cahaya
sehingga menimbulkan penglihatan berwarna di otak.
Pencampuran warna dalam cahaya dan bahan pewarna menunjukkan gejala
yang berbeda. Sekalipun begitu, dengan memperhatikan hasilnya secara seksama
pada pencampuran masing- masing warna primer, dapatlah diperkirakan adanya
suatu hubungan yang saling terkait satu sama lain. Warna kuning dalam cahaya
ternyata dapat dihasilkan dengan menambahkan warna cahaya primer hijau pada
cahaya merah. Cara menghasilkan warna cahaya baru dengan mencampurkan 2 atau
lebih warna cahaya disebut “pencampuran warna secara aditif” (additive=
penambahan). Warna- warna utama cahaya (merah, hijau, biru) selanjutnya
kemudian dikenal juga sebagai warna- warna utama aditif (additive primaries).
Pencampuran warna secara aditif hanya dipergunakan dalam pencampuran warna
cahaya.
Hasil pencampuran warna ini menunjukkan gejala yang berbeda bidang
pencampuran warna seperti pada cat. Dengan pencampuran bahan pewarna (cat)
Universitas Sumatera Utara
11
warna cat merah dapat dihasilkan dengan mencampur cat warna primer magenta dan
cat warna primer yellow. Mencampurkan 2 atau lebih cat berwarna pada hakekatnya
adalah mengurangi intensitas dan jebis warna cahaya yang dapat terpantul kembali
oleh benda/cat tersebut. Pencampuran warna serupa ini dengan menggunakan
pewarna/cat kemudian disebut dengan pencampuran warna secara substraktif
(substractive= pengurangan). Warna- warna utama dalam cat/bahan pewarna
kemudian lazim disebut dengan warna-warna utama /primer substraktif (substractive
primaries)
2.2.2. Spektrum Warna
Warna yang kita lihat diinterpretasikan dalam bentuk spektrum warna atau
spektrum sinar tampak. Berikut adalah gambaran spektrum sinar tampak:
Gambar 4 Spektrum Warna
Dan warna- warna utama dari spektrum sinar tampak adalah:
Tabel 1 Spektrum Warna
Pada kenyataannya, warna saling bercampur satu sama lain. Spektrum warna
tidak hanya terbatas pada warna- warna yang dapat kita lihat. Sangat mungkin
mendapatkan panjang gelombang yang lebih pendek dari sinar ungu atau lebih
panjang dari sinar merah. Pada spektrum yang lebih lengkap, akan ditunjukan ultra-
Universitas Sumatera Utara
12
unggu dan infra-merah, tetapi dapat diperlebar lagi hingga sinar-X dan gelombang
radio, diantara sinar yang lain. Gambar berikut menunjukkan posisi spektrumspektrum tersebut.
Gambar 5 Spektrum Gelombang Elektromagnetik
2.3
Sensor Photodioda
Photodioda adalah suatu jenis dioda yang resistansinya akan berubah-ubah
apabila terkena sinar cahaya yang dikirim oleh transmitter “LED”. Resistansi dari
photodioda dipengaruhi oleh intensitas cahaya yang diterimanya, semakin banyak
cahaya yang diterima maka semakin kecil resistansi dari photodioda dan
begitupula sebaliknya jika semakin sedikit intensitas cahaya yang diterima oleh
sensor photodioda maka semakin besar nilai resistansinya. Sensor photodioda
sama seperti sensor LDR (Light Dependent Resistor), mengubah besaran cahaya
yang diterima sensor menjadi perubahan konduktansi (kemampuan suatu benda
menghantarkan arus listrik dari suatu bahan). Seperti yang terlihat pada gambar
2.6 merupakan bentuk fisik dari sensor photodioda.
Gambar 6 Simbol dan bentuk fisik untuk photodioda
Photodioda terbuat dari bahan semikonduktor. Photodioda yang sering
digunakan pada rangkaian-rangkaian elektronika adalah photodioda dengan bahan
silicon (Si) atau gallium arsenide (GaAs), dan lain-lain termasuk indium antimonide
(InSb), indium arsenide (InAs), lead selenide (PbSe), dan timah sulfide (PBS).
Universitas Sumatera Utara
13
Bahan-bahan ini menyerap cahaya melalui karakteristik jangkauan panjang
gelombang, misalnya: 250 nm - 1100 nm untuk photodioda dengan bahan silicon,
dan 800 nm ke 2,0 μm untuk photodioda dengan bahan Gas. Adapun spesifikasi dari
photodioda yaitu seperti dibawah ini :
1.
Ada 2 pin kaki dari photodioda yaitu pin kaki anoda dan pin kaki katoda.
2.
Photodioda bekerja pada saat reverse bias.
3.
Reverse voltage photodioda maksimalnya 32 volt.
2.3.1
Prinsip Kerja Sensor Photodioda
A
B
Gambar 7. Rangkaian Prinsip Kerja Sensor Photodioda
Seperti yang terlihat pada gambar 7 A merupakan rangkaian dasar dari sensor
photodioda, pada kondisi awal LED sebagai transmitter cahaya akan menyinari
photodioda sebagai receiver sehingga nilai resistansi pada sensor photodioda akan
minimum dengan kata lain nilai Vout akan mendekati logika 0 (low). Sedangkan
pada kondisi kedua pada gambar 7 B cahaya pada led terhalang oleh permukaan
hitam sehingga photodioda tidak dapat menerima cahaya dari led maka nilai
resistansi R1 maksimum, sehingga nilai Vout akan mendekati Vcc yang berlogika 1
(high).
Universitas Sumatera Utara
14
Adapun aplikasi dari rangkaian sensor photodioda yang telah dijelaskan
sebelumnya dapat terlihat pada gambar 8 A dan 8 B.
A
B
Gambar 8 Aplikasi Sensor Photodioda
Gambar 8 A dan 8 B merupakan desain photodioda untuk memberikan
output pada photodioda agar berlogika low atau berlogika high yang disebabkan
oleh warna permukaan yang fungsinya sebagai pemantul cahaya dari LED sebagai
transmitter. Pada gambar 8 A photodioda dipasang secara berdampingan antara
photodioda (receiver) dan LED (transmitter). Didepan photodioda dan led
diletakkan kertas putih sehingga cahaya yang dipancarkan dari led akan
dipantulkan oleh kertas dan cahaya akan diterima oleh photodioda sehingga output
dari photodioda berlogika 0 (low). Dan pada gambar 8 B, photodioda dan LED
diletakkan secara berdampingan dan didepannya diletakkan kertas berwarna hitam
sehingga cahaya yang dipancarkan oleh led akan diserap oleh kertas berwarna
hitam sehingga photodioda tidak dapat menerima cahaya. Dan itu menyebabkan
output dari photodioda berlogika 1 (high).
2.4.
Mikrokontroller ATMega 8535
ATMega8535 adalah mikrokontroler CMOS 8 bit daya rendah berbasis
arsitektur RISC. Instruksi dikerjakan pada satu siklus clock, ATMega8535
mempunyai throughput mendekati 1 MIPS per MHz, hal ini membuat ATMega8535
dapat bekerja dengan kecepatan tinggi walaupun dengan penggunaan daya rendah.
Mikrokontroler ATmega8535 memiliki beberapa fitur atau spesifikasi yang
menjadikannya sebuah solusi pengendali yang efektif untuk berbagai keperluan.
Fitur-fitur tersebut antara lain:
Universitas Sumatera Utara
15
1.
Saluran I/O sebanyak 32 buah, yang terdiri atas Port A, B, C dan D
2.
ADC (Analog to Digital Converter)
3.
Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan perbandingan
4.
CPU yang terdiri atas 32 register
5.
Watchdog Timer dengan osilator internal
6.
SRAM sebesar 512 byte
7.
Memori Flash sebesar 8kb dengan kemampuan read while write
8.
Unit Interupsi Internal dan External
9.
Port antarmuka SPI untuk men-download program ke flash
10. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi
11. Antarmuka komparator analog
12. Port USART untuk komunikasi serial.
2.4.1. Konfigurasi Pin ATMega8535
Mikrokontroler
AVR
ATMega
8535
memiliki
40 pin dengan
32 pin diantaranya digunakan sebagai port paralel. Satu port paralel terdiri dari
8 pin,
sehingga
jumlah port pada
mikrokontroler
yaitu port A, port B, port C
dan port D.
memiliki pin antara port A.0
sampai
Sebagai
adalah
contoh
dengan port A.7,
4 port,
adalah port A
demikian
selanjutnya
untuk port B, port C, port D.
Berikut deskripsi Pin pada ATMega8535 :
VCC
: berfungsi sebagai suplay digital 5 volt
GND
: berfungsi sebagai ground
RESET
: Input reset level rendah, pada pin ini selama lebih dari panjang
pulsa minimum akan
berjalan.
RST
pada pin ini
menghasilkan reset walaupun clock sedang
pada pin 9
diberi
merupakan reset dari
masukan low selama
AVR.
minimal
Jika
2 machine
cycle maka sistem akan di-reset
XTAL 1
: Input penguat osilator inverting dan input pada rangkaian
operasi clock internal
XTAL 2
: Output dari penguat osilator inverting
Universitas Sumatera Utara
16
: Pin tegangan suplai untuk port A dan ADC. Pin ini harus
Avcc
dihubungkan ke Vcc walaupun ADC tidak digunakan, maka pin ini
harus dihubungkan ke Vcc melalui low pass filter
Aref
: pin referensi tegangan analog untuk ADC
AGND
: pin untuk analog ground. Hubungkan kaki ini ke GND, kecuali
jika board memiliki analog ground yang terpisah
Berikut ini adalah penjelasan dari pin mikrokontroler ATMega 8535
menurut port-nya masing-masing:
1. Port A
Pin 33 sampai dengan pin 40 merupakan pin dari port A. Merupakan 8 bit
directional
port I/O.
Setiap pin-nya
dapat
menyediakan internal
pull-up
resistor (dapat diatur per bit). Output buffer port A dapat memberi arus 20 mA dan
dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port A
(DDRA) harus di-setting terlebih dahulu sebelum port A digunakan. Bit-bit DDRA
diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port A yang disesuaikan sebagai input, atau
diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, pin-pin pada port A juga memiliki fungsifungsi alternatif khusus seperti yang dapat dilihat dalam tabel:
Tabel 2 Penjelasan Pin pada port A
Pin
Keterangan
PA.7
ADC7 (ADC Input Channel 7)
PA.6
ADC6 (ADC Input Channel 6)
PA.5
ADC7 (ADC Input Channel 5)
PA.5
ADC4 (ADC Input Channel 4)
PA.3
ADC3 (ADC Input Channel 3)
PA.2
ADC2 (ADC Input Channel 2)
PA.1
ADC1 (ADC Input Channel 1)
PA.0
ADC0 (ADC Input Channel 0)
2. Port B
Pin 1 sampai dengan pin 8 merupakan pin dari port B. Merupakan 8 bit
directional
port I/O.
Setiap pin-nya
dapat
menyediakan internal
pull-up
resistor (dapat diatur per bit). Output buffer port B dapat memberi arus 20 mA dan
dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port B
Universitas Sumatera Utara
17
(DDRB) harus di-setting terlebih dahulu sebelum port B digunakan. Bit-bit DDRB
diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port B yang disesuaikan sebagai input, atau
diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, pin-pin port B juga memiliki fungsi-fungsi
alternatif khusus seperti yang dapat dilihat dalam tabel:
Tabel 3. Penjelasan Pin pada port B
Pin
PB.7
PB.6
PB.5
PB.4
PB.3
PB.2
PB.1
PB.0
Keterangan
SCK (SPI Bus Serial Clock)
VISO (SPI Bus Master Input/Slave Output)
VOSI (SPI Bus Master Output/Slave Input)
SS (SPI Slave Select Input)
AIN1 (Analog Comparator Negative Input)OCC (Timer/Counter0 Output
Compare Match Output)
AIN0 (Analog Comparator Positive Input)INT2 (External Interrupt2 Input)
T1 (Timer/Counter1 External Counter Input)
T0 (Timer/Counter0 External Counter Input)XCK (JSART External Clock
Input/Output)
3. Port C
Pin 22 sampai dengan pin 29 merupakan pin dari port C. Port C sendiri
merupakan port input atau output. Setiap pin-nya dapat menyediakan internal pull-up
resistor (dapat diatur per bit). Output buffer port C dapat memberi arus 20 mA dan
dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port C
(DDRC) harus di-setting terlebih dahulu sebelum port C digunakan. Bit-bit DDRC
diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port C yang disesuaikan sebagai input, atau
diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, pin-pin port D juga memiliki fungsi-fungsi
alternatif khusus seperti yang dapat dilihat dalam berikut ini :
Tabel 4. Penjelasan Pin pada Port C
Pin
Keterangan
PC.7
TOSC2 (Timer Oscillator Pin 2)
PC.6
TOSC1 (Timer Oscillator Pin 1)
PC.1
SDA (Two-Wire Serial Bus Data Input/Output Line)
Universitas Sumatera Utara
18
SCL (Two-Wire Serial Bus Clock Line)
PC.0
4. Port D
Pin 14 sampai dengan pin 20 merupakan pin dari port D. Merupakan 8 bit
directional
port I/O.
Setiap pin-nya
dapat
menyediakan internal
pull-up
resistor (dapat diatur per bit). Output buffer port D dapat memberi arus 20 mA dan
dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port D
(DDRD) harus di-setting terlebih dahulu sebelum port D digunakan. Bit-bit DDRD
diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port D yang disesuaikan sebagai input, atau
diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, pin-pin port D juga memiliki fungsi-fungsi
alternatif khusus seperti yang dapat dilihat dalam tabel :
Tabel 5. Penjelasan Pin pada Port D
Pin
Keterangan
PD.0
RDX (UART input line)
PD.1
TDX (UART output line)
PD.2
INT0 (external interrupt 0 input)
PD.3
INT1 (external interrupt 1 input)
PD.4
OC1B (Timer/Counter1 output compareB match output)
PD.5
OC1A (Timer/Counter1 output compareA match output)
PD.6
ICP (Timer/Counter1 input capture pin)
PD.7
OC2 (Timer/Counter2 output compare match output)
Universitas Sumatera Utara
19
(a)
(b)
Gambar 9. (a) Konfigurasi pin ATMega8535, (b) Bentuk ATMega8535
2.5. IC 7805 Regulator Tegangan
Voltage regulator IC adalah IC yang digunakan untuk mengatur tegangan. IC
7805 adalah Regulator 5V Voltage yang membatasi output tegangan 5V dan menarik
5V diatur power supply. Muncul dengan ketentuan untuk menambahkan heatsink.
Nilai maksimum untuk input ke regulator tegangan 35V. Hal ini dapat memberikan
aliran tegangan stabil konstan 5V untuk input tegangan yang lebih tinggi sampai
batas ambang 35V. Jika tegangan dekat 7.5V maka tidak menghasilkan panas dan
karenanya tidak perlu untuk heatsink. Jika input tegangan lebih, maka kelebihan
listrik dibebaskan sebagai panas dari 7805. Ini mengatur output stabil 5V jika
tegangan input adalah mulai dari 7.2V ke 35V. Oleh karena itu untuk menghindari
kehilangan daya mencoba mempertahankan input ke 7.2V. Dalam beberapa fluktuasi
tegangan sirkuit fatal (untuk misalnya mikrokontroler), untuk situasi semacam itu
untuk memastikan tegangan konstan IC 7805 Voltage Regulator digunakan. Oleh
karena itu 7805 akan mengatur 5V dan 7806 akan mengatur 6V dan seterusnya.
Skema yang diberikan di bawah ini menunjukkan bagaimana menggunakan IC 7805,
ada 3 pin di IC 7805, pin 1 mengambil tegangan input dan pin 3 menghasilkan
tegangan output. The GND dari kedua input dan out yang diberikan ke pin 2.
Gambar 10. IC LM 7805
Universitas Sumatera Utara
20
2.6. LED (Light Emitting Diode)
Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah komponen
elektronika yang dapat memancarkan cahaya monokromatik ketika diberikan
tegangan maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan
semikonduktor. Warna-warna cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada
jenis bahan semikonduktor yang dipergunakannya.
2.6.1. Cara Kerja LED (Light Emitting Diode)
LED merupakan keluarga dari Dioda yang terbuat dari Semikonduktor. Cara
kerjanya pun hampir sama dengan Dioda yang memiliki dua kutub yaitu kutub
Positif (P) dan Kutub Negatif (N). LED hanya akan memancarkan cahaya apabila
dialiri tegangan maju (bias forward) dari Anoda menuju ke Katoda. LED terdiri dari
sebuah chip semikonduktor yang di doping sehingga menciptakan junction P dan N.
Yang dimaksud dengan proses doping dalam semikonduktor adalah proses untuk
menambahkan ketidakmurnian (impurity) pada semikonduktor yang murni sehingga
menghasilkan karakteristik kelistrikan yang diinginkan. Ketika LED dialiri tegangan
maju atau bias forward yaitu dari Anoda (P) menuju ke Katoda (K), Kelebihan
Elektron pada N-Type material akan berpindah ke wilayah yang kelebihan Hole
(lubang) yaitu wilayah yang bermuatan positif (P-Type material). Saat Elektron
berjumpa dengan Hole akan melepaskan photon dan memancarkan cahaya
monokromatik (satu warna).
Untuk mengetahui polaritas terminal Anoda (+) dan Katoda (-) pada LED.
Kita dapat melihatnya secara fisik berdasarkan pada gambar 11. Ciri-ciri terminal
Anoda pada LED adalah kaki yang lebih panjang dan juga Lead Frame yang lebih
kecil. Sedangkan ciri-ciri Terminal Katoda adalah Kaki yang lebih pendek dengan
Lead Frame yang besar serta terletak di sisi yang Flat.
Universitas Sumatera Utara
21
Gambar 11. Polaritas LED
Gambar 12. Simbol LED
2.6.2. Warna-Warna LED (Light Emitting Diode)
Saat ini, LED telah memiliki beranekaragam warna, diantaranya seperti
warna merah, kuning, biru, putih, hijau, jingga dan infra merah. Keanekaragaman
Warna pada LED tersebut tergantung pada wavelength (panjang gelombang) dan
senyawa semikonduktor yang dipergunakannya. Berikut ini adalah Tabel Senyawa
Semikonduktor yang digunakan untuk menghasilkan variasi warna pada LED :
Tabel 6. Senyawa Semikonduktor LED
Bahan
Panjang
Semikonduktor
Gelombang
Warna
Gallium Arsenide (GaAs)
850-940nm
Infra Merah
Gallium Arsenide Phosphide (GaAsP)
630-660nm
Merah
Gallium Arsenide Phosphide (GaAsP)
605-620nm
Jingga
Gallium Arsenide Phosphide Nitride (GaAsP:N)
585-595nm
Kuning
Universitas Sumatera Utara
22
Aluminium Gallium Phosphide (AlGaP)
550-570nm
Hijau
Silicon Carbide (SiC)
430-505nm
Biru
Gallium Indium Nitride (GaInN)
450nm
Putih
Tegangan Maju (Forward Bias) LED
Masing-masing Warna LED (Light Emitting Diode) memerlukan tegangan
maju (Forward Bias) untuk dapat menyalakannya. Tegangan Maju untuk LED
tersebut tergolong rendah sehingga memerlukan sebuah Resistor untuk membatasi
Arus dan Tegangannya agar tidak merusak LED yang bersangkutan. Tegangan Maju
biasanya dilambangkan dengan tanda VF.
Tabel 7 Tegangan Maju LED
Warna
Tegangan Maju @20mA
Infra Merah
1,2V
Merah
1,8V
Jingga
2,0V
Kuning
2,2V
Hijau
3,5V
Biru
3,6V
Putih
4,0V
2.7.
LCD (Liquid Crystal Display)
Layar LCD merupakan suatu media penampilan data yang sangat efektif dan
efisien dalam penggunaannya. Untuk menampilkan sebuah karakter pada layar LCD
diperlukan beberapa rangkaian tambahan. Untuk lebih memudahkan para pengguna,
maka beberapa perusahaan elektronik menciptakan modul LCD.
Universitas Sumatera Utara
23
Gambar 13. LCD (Liquid Crystal Display)
LCD dibagi menjadi dua bagian yaitu bagian depan panel LCD yang terdiri
dari banyak dot atau titik LCD dan mikrokontroler yang menempel pada bagian
belakang panel LCD yang berfungsi untuk mengatur titik-titik LCD sehingga dapat
menampilkan huruf, angka, dan simbol khusus yang dapat terbaca. Fungsi Pin-Pin
LCD
Tabel 8. Konfigurasi Pin LCD 20x4
Sedangkan secara umum pin-pin LCD diterangkan sebagai berikut :
1. Pin 1 dan 2 Merupakan sambungan catu daya, Vss dan Vdd. Pin Vdd
dihubungkan dengan tegangan positif catu daya, dan Vss pada 0V atau ground.
Meskipun data menentukan catu 5 Vdc (hanya pada beberapa mA),
Universitas Sumatera Utara
24
menyediakan 6V dan 4.5V yang keduanya bekerja dengan baik, bahkan 3V
cukup untuk beberapa modul.
2. Pin 3 merupakan pin kontrol Vee, yang digunakan untuk mengatur kontras
display. Idealnya pin ini dihubungkan dengan tegangan yang bisa diubah untuk
memungkinkan pengaturan terhadap tingkatan kontras display sesuai dengan
kebutuhan, pin ini dapat dihubungkan dengan variable resistor sebagai pengatur
kontras.
3. Pin 4 merupakan Register Select (RS), masukan yang pertama dari tiga
command control input. Dengan membuat RS menjadi high, data karakter dapat
ditransfer dari dan menuju modulnya.
4. Pin 5 Read/Write (R/W), untuk memfungsikan sebagai perintah write maka R/W
low atau menulis karakter ke modul. R/W high untuk membaca data karakter
atau informasi status dari register-nya.
5. Pin 6 Enable (E), input ini digunakan untuk transfer aktual dari perintah-perintah
atau karakter antara modul dengan hubungan data. Ketika menulis ke display,
data ditransfer hanya pada perpindahan high atau low. Tetapi ketika membaca
dari display, data akan menjadi lebih cepat tersedia setelah perpindahan dari low
ke high dan tetap tersedia hingga sinyal low lagi.
6. Pin 7 sampai 14 adalah delapan jalur data/data bus (D0 sampai D7) dimana data
dapat ditransfer ke dan dari display.
7. Pin 16 dihubungkan kedalam tegangan 5 Volt untuk memberi tegangan dan
menghidupkan lampu latar/Back Light LCD.
2.8. Bahasa Pemrograman Mikrokontroler dengan CodeVisionAVR
Bahasa pemrograman CodeVisionAVR (Gambar 14) merupakan software Ccross Compiler, yang mana program dapat ditulis menggunakan bahasa C. Selain
tersedia dalam versi berbayar dengan lisensi, juga terdapat versi evaluation yang bisa
digunakan tanpa lisensi, namun dengan fungsi yang terbatas. CodeVision memiliki
IDE (Integrated Development Environment) yang lengkap, yang mana penulisan
program, compile, link, pembuatan kode mesin (assembler) dan download program
ke chip AVR dapat dilakukan dengan CodeVision, selain itu ada fasilitas terminal,
Universitas Sumatera Utara
25
yaitu melakukan komunikasi serial dengan mikrokontroler yang sudah di program.
Proses download program ke IC mikrokontroler AVR dapat menggunakan System
programmable Flash on-Chip mengizinkan memori program untuk diprogram ulang
dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI.
Gambar 14. Tampilan awal saat menjalankan program CodeVisionAVR
Salah satu keistimewaan bahasa pemrograman CodeVision ini adalah
memiliki library standar C dan library tertentu untuk keperluan sebagai berikut:
a.
Modul LCD alphanumeric
b.
Bus I2C dari Philips
c.
Sensor Suhu LM75 dari National Semiconductor
d.
Real-Time Clock: PCF8563, PCF8583 dari Philips, DS1302 dan DS1307 dari
Maxim/Dallas Semiconductor
e.
Protokol 1-Wire dari Maxim/Dallas Semiconductor
f.
Sensor
Suhu
DS1820,
DS18S20,
dan
DS18B20
dari
Maxim/Dallas
Semiconductor
g.
Termometer/Termostat DS1621 dari Maxim/Dallas Semiconductor
h.
EEPROM DS2430 dan DS2433 dari Maxim/Dallas Semiconductor
i.
SPI
j.
Power Management
k.
Delay
l.
Konversi ke Kode Gray
Universitas Sumatera Utara
26
CodeVisionAVR juga mempunyai Automatic Program Generator bernama
CodeWizardAVR, yang dapat mempermudah programmer dalam menulis kodekode program yang bersifat umum, antara lain:
a.
Set-up akses memori eksternal
b.
Inisialisasi port input/output
c.
Inisialisasi interupsi eksternal
d.
Inisialisasi Timer/Counter
e.
Inisialisasi Watchdog-Timer
f.
Inisialisasi UART (USART) dan komunikasi serial berbasis buffer yang
digerakkan oleh interupsi
g.
Inisialisasi Pembanding Analog
h.
Inisialisasi ADC
i.
Inisialisasi Antarmuka SPI
j.
Inisialisasi Antarmuka Two-Wire
k.
Inisialisasi Antarmuka CAN
l.
Inisialisasi Bus I2C, Sensor Suhu LM75, Thermometer/Thermostat DS1621 dan
Real-Time Clock PCF8563, PCF8583, DS1302, dan DS1307
m. Inisialisasi Bus 1-Wire dan Sensor Suhu DS1820, DS18S20
n.
Inisialisasi modul LCD
Universitas Sumatera Utara