Rancang Bangun Alat Pendeteksi Jarak Aman Pada Kendaraan Berbasis Arduino Dengan Sensor HC-SR04
5
BAB II
LANDASAN TEORI
Pengukuran adalah serangkaian proses yang dilakukan untuk mendapatkan
sebuah data. Proses pengukuran umumnya dilakukan dengan membandingkan
antara standar ukur dan juga parameter yang akan dijadikan sebagai objek ukur.
Jenis pengukuran juga beragam, mulai dari pengukuran panjang, massa,
intensitas zat dan lain sebagainya. Pengukuran sendiri memegang peranan
penting dalam segala sendi kehidupan. Sistem pengukuran sendiri sudah kita
rasakan sejak di dalam kandungan hingga sampai ke liang lahat. Dalam hal ini,
berarti pengukuran sendiri telah mengakar dan menjadi pendamping kita dalam
kehidupan sehari-hari,
2.1 Sensor Ultrasonik
Sensor Ultra sonic adalah sebuah alat listrik yang mempnyai fungsi sebagai
sensor yang bekerja berdasarkan prinsip pantulan dari sebuah gelombang suara
yang di gunakan untuk mendeteksi keberadaan dari suatu benda atu objek tertentu
yang ada di depanya. Sensor ini bekerja pada frekuensi di atas gelombang suara
dari 40 KHz hingga 400 KHz dan mempunyai jangkauan 3 cm – 300 cm.
gelombang ultra sonic ini merambat di udara dengan kecepatan 344 meter per detik.
Sensor ini memiliki sebuah pin yang digunakan untuk memicu terjadinya
pengukuran dan melaporkan jarak hasil pengukuran.
Universitas Sumatera Utara
6
Gambar 2.1 Sensor Ultrasonik
Sensor ultrasonik adalah sebuah sensor yang mengubah besaran fisis (bunyi)
menjadi besaran listrik. Pada sensor ini gelombang ultrasonik dibangkitkan melalui
sebuah benda yang disebut piezoelektrik. Piezoelektrik ini akan menghasilkan
gelombang ultrasonik dengan frekuensi 40 kHz ketika sebuah osilator diterapkan
pada benda tersebut. Sensor ultrasonik secara umum digunakan untuk suatu
pengungkapan tak sentuh yang beragam seperti aplikasi pengukuran jarak. Alat ini
secara umum memancarkan gelombang suara ultrasonik menuju suatu target yang
memantulkan balik gelombang kearah sensor. Kemudian sistem mengukur waktu
yang diperlukan untuk pemancaran gelombang sampai kembali ke sensor dan
menghitung jarak target dengan menggunakan kecepatan suara dalam medium.
Rangkaian penyusun sensor ultrasonik ini terdiri dari transmitter, reiceiver, dan
komparator. Selain itu, gelombang ultrasonik dibangkitkan oleh sebuah kristal tipis
bersifat piezoelektrik. Bagian-bagian dari sensor ultrasonik adalah sebagai berikut:
a. Piezoelektrik
Peralatan piezoelektrik secara langsung mengubah energi listrik menjadi energi
mekanik. Tegangan input yang digunakan menyebabkan bagian keramik meregang
dan memancarkan gelombang ultrasonik. Tipe operasi transmisi elemen
piezoelektrik sekitar frekuensi 32 kHz. Efisiensi lebih baik, jika frekuensi osilator
diatur pada frekuensi resonansi piezoelektrik dengan sensitifitas dan efisiensi paling
Universitas Sumatera Utara
7
baik. Jika rangkaian pengukur beroperasi pada mode pulsa elemen piezoelektrik
yang sama dapat digunakan sebagai transmitter dan reiceiver. Frekuensi yang
ditimbulkan tergantung pada osilatornya yang disesuiakan frekuensi kerja dari
masingmasing transduser. Karena kelebihannya inilah maka tranduser piezoelektrik
lebih sesuai digunakan untuk sensor ultrasonik.
b. Transmitter
Transmitter adalah sebuah alat yang berfungsi sebagai pemancar gelombang
ultrasonik dengan frekuensi sebesar 40 kHz yang dibangkitkan dari sebuah 7
osilator. Untuk menghasilkan frekuensi 40 KHz, harus di buat sebuah rangkaian
osilator dan keluaran dari osilator dilanjutkan menuju penguat sinyal. Besarnya
frekuensi ditentukan oleh komponen kalang RLC / kristal tergantung dari disain
osilator yang digunakan. Penguat sinyal akan memberikan sebuah sinyal listrik
yang diumpankan ke piezoelektrik dan terjadi reaksi mekanik sehingga bergetar dan
memancarkan gelombang yang sesuai dengan besar frekuensi pada osilator.
c. Receiver
Receiver terdiri dari transduser ultrasonik menggunakan bahan piezoelektrik, yang
berfungsi sebagai penerima gelombang pantulan yang berasal dari transmitter yang
dikenakan pada permukaan suatu benda atau gelombang langsung LOS (Line of
Sight) dari transmitter. Oleh karena bahan piezoelektrik memiliki reaksi yang
reversible, elemen keramik akan membangkitkan tegangan listrik pada saat
gelombang datang dengan frekuensi yang resonan dan akan menggetarkan bahan
piezoelektrik tersebut.
Secara utuh gambaran cara kerja dari sensor ultra sonic adalah sebagai brikut:
Universitas Sumatera Utara
8
Gambar 2.2 Cara kerja sensor Ultra sonic
2.1.1 Aplikasi Sensor Ultrasonik
-
Dalam bidang kesehatan, gelombang ultrasonik bisa digunakan untuk melihat
organ-organ dalam tubuh manusia seperti untuk mendeteksi tumor, liver, otak
dan menghancurkan batu ginjal. Gelombang ultrasonik juga dimanfaatkan pada
alat USG (ultrasonografi) yang biasa digunakan oleh dokter kandungan.
-
Dalam bidang industri, gelombang ultrasonik digunakan untuk mendeteksi
keretakan pada logam, meratakan campuran besi dan timah, meratakan
campuran susu agar homogen, mensterilkan makanan yang diawetkan dalam
kaleng, dan membersihkan benda benda yang sangat halus. Gelombang
ultrasonik juga bisa digunakan untuk mendeteksi keberadaan mineral maupun
minyak bumi yang tersimpan di dalam perut bumi.
-
Dalam bidang pertahanan, gelombang ultrasonik digunakan sebagai radar atau
navigasi, di darat maupun di dalam air. Gelombang ultrasonik digunakan oleh
kapal pemburu untuk mengetahui keberadaan kapal selam, dipasang pada kapal
selam untuk mengetahui keberadaan kapal yang berada di atas permukaan air,
mengukur kedalaman palung laut, mendeteksi ranjau, dan menentukan puosisi
sekelompok ikan.
Universitas Sumatera Utara
9
2.1.2 Karateristik Sensor Ultrasonik
1. Tegangan sumber operasi tunggal 5.0 V
2. Konsumsi arus 15 mA
3. Frekuensi operasi 40 KHz
4. Minimum pendeteksi jarak 0.02 m (2 cm)
5. Maksimum pendeteksian jarak 4 m
6. Sudut pantul gelombang pengukuran 15 derajat
7. Minimum waktu penyulutan 10 mikrodetik dengan pulsa berlevel TTL
8. Pulsa deteksi berlevel TTL dengan durasi yang bersesuaian dengan jarak
deteksi
9. Dimensi 45 x 20 x 15 mm
2.1.3 Prinsip Kerja Sensor Ultrasonik
1. Sinyal dipancarkan oleh pemancar ultrasonik. Sinyal tersebut berfrekuensi
diatas 20kHz, biasanya yang digunakan untuk mengukur jarak benda adalah
40kHz. Sinyal tersebut di bangkitkan oleh rangkaian pemancar ultrasonik.
2. Sinyal yang dipancarkan tersebut kemudian akan merambat sebagai sinyal
/ gelombang bunyi dengan kecepatan bunyi yang berkisar 340 m/s. Sinyal
tersebut kemudian akan dipantulkan dan akan diterima kembali oleh bagian
penerima Ultrasonik.
3. Setelah sinyal tersebut sampai di penerima ultrasonik, kemudian sinyal
tersebut akan diproses untuk menghitung jaraknya.
2.1.4 Fungsi Pin – pin Sensor HC – SR04
1. VCC = 5V Power Supply. Pin sumber tegangan positif sensor.
Universitas Sumatera Utara
10
2. Trig = Trigger/Penyulut. Pin ini yang digunakan untuk membangkitkan
sinyal ultrasonik.
3. Echo = Receive/Indikator. Pin ini yang digunakan untuk mendeteksi sinyal
pantulan ultrasonik.
4. GND = Ground/0V Power Supply. Pin sumber tegangan negatif sensor
2.2 Mikrokontroler Arduino
2.2.1 Pengenalan Arduino
Arduino dikatakan sebagai sebuah platform dari physical computing yang
bersifat open source. Pertama-tama perlu dipahami bahwa kata “platform” disini
adalah sebuah pilihan kata yang tepat. Arduino tidak hanya sekedar sebuah alat
pengembangan, tetapi ia adalah kombinasi dari hardware, bahasa pemprograman
dan Integrated Development Environtment (IDE) yang canggih. IDE adalah sebuah
software yang sangat berperan untuk menulis program, meng-compile menjadi
kode biner dan meng-upload ke dalam memory microcontroller. Ada banyak projek
dan alat –alat yang dikembangkan oleh akademisi dan profesional dengan
menggunakan Arduino, selain itu juga ada banyak modul-modul pendukung
(sensor, tampilan, penggerak dan sebagainya) yang dibuat oleh pihak lain untuk
bisa disambungkan dengan Arduino. Arduino berevolusi menjadi sebuah platform
karena ia menjadi pilihan dan acuan bagi banyak praktisi.
Salah satu yang membuat arduino memikat hati banyak orang adalah karena
sifatnya open source, baik untuk hardware maupun software-nya. Komponen utama
didalam papan Arduino adalah sebuah microcontroller 8 bit dengan merk Atmega
yang dibuat oleh perusahaan Atmel Corporation. Berbagai papan Arduino
menggunakan tipe Atmega yang berbeda-beda tergantung dari spesifikasinya,
Universitas Sumatera Utara
11
sebagai contoh Arduino Uno menggunakan Atmega328 sedangkan Arduino Mega
2560 yang lebih canggih menggunakan Atmega2560.
2.2.2 Jenis-Jenis Papan Arduino
Saat ini bermacam-macam bentuk papan Arduino yang disesuaikan dengan
peruntukannya seperti diperlihatkan berikut ini :
a. Arduino USB
Gambar 2.3 Arduino USB
Menggunakan USB sebagai antar muka pemrograman atau komunikasi komputer.
Contoh Arduino Uno, Arduino Duemilanove, Arduino Diecimia, Arduino NG
Rev.C, Arduino NG (Nouva Generazioner, Arduino Extreme dan Arduino Extream
v2, Arduino USB dan Arduino Usb v2.0
b. Arduino Serial
Menggunakan RS232 sebagai antar muka pemrograman atau komunikasi
komputer. Contohnya adalah Arduino serial dan arduino serial v2.0.
Universitas Sumatera Utara
12
Gambar 2.4 Arduino Serial
c. Arduino Mega
Papan arduino dengan spesifikasi yang lebih tinggi, dilengkapi tambahan pin
digital, pin analog, port serial dan sebagainya. Contohnya Arduino mega dan
arduino mega 2560.
Gambar 2.5 Arduino Mega
d. Arduino FIO
Arduino Fio ditujukan untuk penggunaan nirkabel.
Gambar 2.6 Arduino FIO
Universitas Sumatera Utara
13
e. Arduino Lilypad
Papan dengan bentuk yang melingkat. Contoh : Lilypad Arduino 00, Lilypad
Arduino 01, Lilypad Arduino 02, Lilypad Arduino 03, Lilypad Arduino 04.
Gambar 2.7 Arduino Lilypad
f. Arduino BT (bluetooth)
Arduino BT mengandung modul bluetooth untuk komunikasi nirkabel.
Gambar 2.8 Arduino Bluetooh
g. Arduino Mini dan Arduino Nano
Papan berbentuk kompak dan digunakan bersama breadboard. Contoh :
Arduino nano 3.0, Arduino nano 2.x , adruino mini 04, Arduino mini 03,
arduino stamp 02.
Universitas Sumatera Utara
14
Gambar 2.9 Arduino Mini/Nano
2.3 LCD (Liquid Crystal Display) M1632
LCD M1632 merupakan modul LCD matrix dengan konfigurasi 16 karakter dan
2 baris dengan setiap karakternya dibentuk oleh 8 baris pixel dan 5 kolom pixel (1
baris pixel terahir adalah kursor). LCD (Liquid Cristal Display) berfungsi untuk
menampilkan karakter angka, huruf ataupun simbol dengan lebih baik dan dengan
konsumsi arus yang rendah . HD44780 ini sudah tersedia dalam bentuk modul M1632
yang dikeluarkan Hitachi, Hyunday dan modul-modul M1632 lainnya. Berikut
adalah gambar dari LCD M1632.
Gambar 2.10 LCD M1632
HD44780 sebetulnya merupakan mikrokontroler yang dirancang khusus
untuk mengendalikan LCD dan mempunyai kemampuan untuk mengatur proses
scanning pada layar LCD yang terbentuk oleh 16 COM dan 40SEG sehingga
mikrokontroler / perangkat yang mengakses modul LCD ini tidak perlu lagi
Universitas Sumatera Utara
15
mengatur proses scanning pada layar LCD. Mikrokontroler atau perangkat tersebut
hanya mengirimkan data-data yang merupakan karakter yang akan ditampilkan
pada LCD atau perintah yang mengatur proses tampilan pada LCD saja.
LCD (Liquid Crystal Display) adalah suatu jenis media tampil yang
menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. LCD berfungsi untuk
menampilkan karakter angka, huruf ataupun simbol dengan lebih baik dengan
komsumsi arus yang rendah. LCD dot matrik M1632 merupakan modul LCD
buatan Hitachi. LCD sudah digunakan diberbagai bidang misalnya alat – alat
elektronik seperti televisi, kalkulator, ataupun layar komputer. Pada aplikasi LCD
yang digunakan ialah LCD dot matrik dengan jumlah karakter 2x16. LCD sangat
berfungsi sebagai penampil yang nantinya akan digunakan untuk menampilkan
status kerja alat.
Modul Prosesor M1632 pada LCD tersebut memiliki memori tersendiri sebagai
berikut :
1. CGROM (Character Generator Read Only Memory)
2. CGRAM (Character Generator Random Access Memory)
3. DDRAM (Display Data Random Access Memory)
Fungsi pin LCD Dot Matrix 2x16 M1632 sebagai berikut :
1. DB0 – DB7 adalah jalur data yang berfungsi sebagai jalur komunikasi untuk
mengirimkan dan menerima data atau instruksi dari mikrokontroler ke modul
LCD.
2. RS adalah pin yang berfungsi sebagai selektor register (register select) yaitu
dengan memberikan logika low (0) sebagai register perintah dan logika high (1)
sebagai register data.
Universitas Sumatera Utara
16
3. R/W adalah pin yang berfungsi untuk menentukan mode baca atau tulis dari
data yang terdapat pada DB0 – DB7. Yaitu dengan memberikan logika low (0)
untuk fungsi read dan logika high (1) untuk mode write.
4. Enable (E) berfungsi sebagai Enable Clock LCD, logika 1 setiap kali
pengiriman atau pembacaan data.
Penulisan data register perintah LCD M1632 dilakukan dengan tujuan mengatur
tampilan LCD, inisialisasi dan mengatur Address Counter maupun Address Data.
Kondisi RS berlogika 0 menunjukkan akses data ke register perintah. RW berlogika
0 menunjukkan proses penulisan data akan dilakukan. Nibble tinggi (bit 7 sampai
bit 4) terlebih dahulu dikirimkan dengan diawali pulsa logika 1 pada E Clock.
Kemudian nibble rendah (bit 3 sampai bit 0) dikirimkan dengan diawali pulsa
logika 1 pada E Clock lagi. Untuk mode 8 bit interface, proses penulisan dapat
langsung dilakukan secara 8 bit (bit 7 sampai bit 0) dan diawali sebuah pulsa logika
1 pada E Clock. Proses Pembacaan data register perintah LCD M1632 biasa
digunakan untuk melihat status busy dari LCD atau membaca Address Counter.
RS diatur pada logika 0 untuk akses ke register perintah, R/W diatur pada logika
1 yang menunjukkan proses pembacaan data. 4 bit nibble tinggi dibaca dengan
diawali pulsa logika 1 pada E Clock dan kemudian 4 bit nibble rendah dibaca
dengan diawali pulsa logika 1 pada E Clock. Untuk mode 8 bit interface, pembacaan
8 bit (nibble tinggi dan rendah) dilakukan sekaligus dengan diawali sebuah pulsa
logika pada E Clock. Penulisan data pada register data LCD M1632 dilakukan
untuk mengirimkan data yang akan ditampilkan pada LCD. Proses diawali dengan
adanya logika 1 pada RS yang menunjukkan akses ke register data, kondisi R/W
diatur pada logika 0 yang menunjukkan proses penulisan data. Data 4 bit nibble
Universitas Sumatera Utara
17
tinggi (bit 7 sampai bit 4) dikirim dengan diawali pulsa logika 1 pada sinyal E Clock
dan kemudian diikuti 4 bit nibble rendah yang juga diawali pulsa logika 1 pada
sinyal E Clock. Pembacaan data dari register data LCD M1632 dilakukan untuk
membaca kembali data yang tampil pada LCD.
Proses dilakukan dengan mengatur RS pada logika 1 yang menunjukkan adanya
akses ke register data. Kondisi R/W diatur pada logika tinggi yang menunjukkan
adanya proses pembacaan data. Data 4 bit nibble tinggi dibaca dengan diawali
adanya pulsa logika 1 pada E Clock dan dilanjutkan dengan 4 bit nibble rendah
yang juga diawali dengan pulsa logika 1 pada E Clock.
2.3.1 Struktur memori LCD
Modul LCD M1632 memiliki beberapa jenis memori yang digunakan untuk
menyimpan atau memproses data-data yang akan ditampilkan pada layar LCD.
Setiap jenis memori mempunyai fungsi-fungsi tersendiri.
a. DDRAM
DDRAM merupakan tempat karakter yang ditampilkan berada. Contohnya,
karakter “A” yang ditulis pada alamat 00 akan tampil pada baris pertama dan kolom
pertama dari LCD. Apabila karakter tersebut ditulis pada alamat 10, karakter
tersebut akan tampil pada baris kedua kolom pertama dari LCD.
b. CGRAM
CGRAM adalah memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter dan
bentuk karakter dapat diubah-ubah sesuai keinginan. Akan tetapi isi 27 memori
akan hilang saat power supply tidak aktif sehingga pola karakter akan hilang.
c. CGROM
Universitas Sumatera Utara
18
CGROM adalah memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter dan
pola tersebut sudah ditentukan secara permanen dari HD44780 sehingga pengguna
tidak dapat mengubah lagi. Oleh karena ROM bersifat permanen, pola karakter
tersebut tidak akan hilang walaupun power supply tidak aktif.
2.3.2 Fungsi Pin LCD (Liquid Cristal Display) Dot Matrix 2 x 16 M1632
DB0 – DB7 adalah jalur data (data bus) yang berfungsi sebagai jalur
komunikasi untuk mengirimkan dan menerima data atau instruksi dari
mikrokontrooler ke modul LCD.
RS adalah pin yang berfungsi sebagai selektor register (register sellect) yaitu
dengan memberikan logika low (0) sebagai register perintah dan logika high
(1) sebagai register data.
R/W adalah pin yang berfungsi untuk menentukan mode baca atau tulis dari
data yang terdapat pada DB0 – DB7. Yaitu dengan memberikan logika low
(0) untuk fungsi read dan logika high (1) untuk mode write.
Enable (E), berfungsi sebagai Enable Clock LCD, logika 1 setiap kali
pengiriman atau pembacaan data
2.3.3 Register control yang terdapat dalam suatu LCD
Diantaranya adalah :
Register
perintah yaitu
register
yang
berisi
perintah-perintah
dari
mikrokontroler ke panel LCD (Liquid Cristal Display) pada saat proses
penulisan data atau tempat status dari panel LCD (Liquid Cristal Display)
dapat dibaca pada saat pembacaan data.
Universitas Sumatera Utara
19
Register data yaitu register untuk menuliskan atau membaca data dari atau
keDDRAM. Penulisan data pada register akan menempatkan data tersebut
keDDRAM sesuai dengan alamat yang telah diatur sebelumnya.
2.3.4 Pin, kaki atau jalur input dan kontrol dalam suatu LCD (Liquid Cristal
Display)
Diantaranya adalah :
Pin data adalah jalur untuk memberikan data karakter yang ingin ditampilkan
menggunakan LCD (Liquid Cristal Display) dapat dihubungkan dengan bus
data dari rangkaian lain seperti mikrokontroler dengan lebar data 8 bit.
Pin RS (Register Select) berfungsi sebagai indikator atau yang menentukan
jenis data yang masuk, apakah data atau perintah. Logika low menunjukan
yang masuk adalah perintah, sedangkan logika high menunjukan data.
Pin R/W (Read Write) berfungsi sebagai instruksi pada modul jika low tulis
data, sedangkan high baca data.
Pin E (Enable) digunakan untuk memegang data baik masuk atau keluar.
Pin VLCD berfungsi mengatur kecerahan tampilan (kontras) dimana pin ini
dihubungkan dengan trimpot 5 Kohm, jika tidak digunakan dihubungkan ke
ground, sedangkan tegangan catu daya ke LCD sebesar 5 Volt.
2.4 Buzzer Mini
Buzzer adalah sebuah komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah
getaran listrik menjadi getaran suara. Pada dasarnya prinsip kerja buzzer hampir
sama dengan loud speaker, jadi buzzer juga terdiri dari kumparan yang terpasang
pada diafragma dan kemudian kumparan tersebut dialiri arus sehingga menjadi
elektromagnet, kumparan tadi akan tertarik ke dalam atau keluar, tergantung dari
Universitas Sumatera Utara
20
arah arus dan polaritas magnetnya, karena kumparan dipasang pada diafragma
maka setiap gerakan kumparan akan menggerakkan diafragma secara bolak-balik
sehingga membuat udara bergetar yang akan menghasilkan suara. Buzzer biasa
digunakan sebagai indikator bahwa proses telah selesai atau terjadi suatu kesalahan
pada sebuah alat (alarm). Berikut adalah gambar dari Buzzer mini
Gambar 2.11 Buzzer Mini
Buzzer adalah komponen tambahan dalam rancangan sistem. Fungsinya
adalah sebagai indikator jarak benda yang diukur oleh sensor. Buzzer sendiri adalah
sebuah komponen elektronika yang mengubah getaran listrik menjadi getaran
suara. Sesuai dengan pengertian buzzer, buzzer banyak digunakan sebagai indikator
maupun alarm yang menandakan suatu proses yang sedang terjadi maupun sudah
terjadi.
Prinsip kerja sebuah buzzer umumnya sama dengan loudspeaker
konvensional, yakni menghasilkan suara yang diakibatkan adanya arus listrik yang
mengalir didalamnya. Buzzer sendiri ada lah kumparan kuningan yang telah
disusun sedemikian rupa. Kumparan tersebut lalu dapat dialiri oleh listrik, yang
akan membuatnya tertarik kedalam dan keluar tergantung arah arus dan polaritas
magnetiknya. Karena kumparan tersebut diletakkan pada diafragma, maka setiap
gerakan yang dihasilkan oleh kumparan akan menggetarkan diafragma secara bolak
balik, getaran tersebut menghasilkan suara tertentu.
Universitas Sumatera Utara
21
Rangkaian alarm buzzer tidak hanya digunakan sebagai penanda pada
sistem keamanan. Buzzer juga digunakan pada bel rumah, jam alarm, AC, dan
perangkat elektronik lainnya yang menggunakan sistem pengingat. Rangkaian
buzzer sederhana terdiri dari transistor sebagai driver yang berfungsi sebagai
saklar dan penguat arus. Cara kerja rangkaian alarm buzzer yaitu ketika sinyal
keluar dari mikrokontroler berlogika high, maka mikrokontroler akan
mengirimkan sinyal ke buzzer sehingga memicu buzzer untuk bekerja. Ketika
buzzer telah bekerja maka akan menciptakan suara yang telah diatur sesuai
dengan instruksi coding pada mikrokontroler.
Dalam sistem rangkaian ultrasonic ruler sendiri, buzzer digunakan
sebagai penanda jarak benda yang diukur. Artinya posisi benda (jauh atau dekat)
akan dinyatakan dalam bunyi yang dihasilkan oleh buzzer. Semakin dekat jarak
benda maka akan semakin cepat pula bunyi yang dihasilkan buzzer. Sebaliknya,
apabila jarak benda dan sensor semakin jauh, maka bunyi pada buzzer akan
semakin lambat. Buzzer tidak hanya berbunyi “bip”, melainkan juga dapat
divariasikan dari segi bebunyiannya. Kesemuanya itu dapat diatur dalam
memprogram mikrokontroler yang digunakan dalm sistem.
Salah satu jenis rangkaian buzzer yang biasa dikenal dan digunakan ialah
piezoelectric. Buzzer piezo memiliki sejumlah keunggulan diantaranya ialah
memiliki ukuran yang lebih ringan sehingga lebih mudah untuk digabungkan
dengan rangkaian elektrik lainnya. Buzzer piezo atau yang biasa disebut Beeper
termasuk dalam kelompok transduser.
Sejarah singkatnya, efek piezoelectric ditemukan pertama kali oleh dua
orang ahli fisika (Pierre Curie dan Jacques Curie) berkebangsaan Perancis tahun
Universitas Sumatera Utara
22
1880. Setelah itu, penemuan tersebut mulai populer pada tahun 1970-an ketika
telah dikembangkan di Jepang dan dinamakan Piezo Electric Buzzer. Cara kerja
buzzer ini adalah ketika tegangan listrik dialirkan ke komponen piezoelectric,
maka akan terjadi gerakan mekanis yang kemudian diubah menjadi bunyi
sehingga bisa didengar oleh manusia menggunakan resonator dan diafragma.
Karena ukurannya yang relatif ringan, rangkaian buzzer piezo mudah digerakkan
bila dibandingkan dengan speaker.
Apabila lebih besar dari itu, buzzer memerlukan driver untuk
mengangkat arus hingga bisa masuk ke buzzer. Untuk membuat driver sendiri,
kita membutuhkan rangkaian transistor. Komponen yang diperlukan untuk
membuat driver ialah transistor NPN BC547, resistor 100 ohm, dan buzzer.
Secara umum, pada skema buzzer ada komponen utama Timer IC NE555.
Kemudian LDR yang berfungsi sebagai penerima cahaya yang masuk. Apabila
cahaya yang diterima terlalu terang, maka tingkat resistensi LDR akan rendah
sehingga arus listrik tidak teralirkan mencapai buzzer. Sedangkan pada tingkat
cahaya rendah, tingkat resistensi LDR akan tinggi sehingga mampu mengalirkan
listrik mencapai buzzer. Bersamaan dengan resistensi LDR yang tinggi, IC akan
mendorong buzzer sehingga bunyi yang dihasilkan buzzer bisa terdengar serta
mendeteksi adanya bahaya.
Buzzer Listrik adalah sebuah komponen elektronika yang dapat
mengubah sinyal listrik menjadi getaran suara. Pada umumnya, Buzzer yang
merupakan sebuah perangkat audio ini sering digunakan pada rangkaian antimaling, Alarm pada Jam Tangan, Bel Rumah, peringatan mundur pada Truk dan
perangkat peringatan bahaya lainnya. Jenis Buzzer yang sering ditemukan dan
Universitas Sumatera Utara
23
digunakan adalah Buzzer yang berjenis Piezoelectric, hal ini dikarenakan Buzzer
Piezoelectric memiliki berbagai kelebihan seperti lebih murah, relatif lebih
ringan dan lebih mudah dalam menggabungkannya ke Rangkaian Elektronika
lainnya. Buzzer yang termasuk dalam keluarga Transduser ini juga sering disebut
dengan Beeper.
Efek Piezoelectric (Piezoelectric Effect) pertama kali ditemukan oleh dua
orang fisikawan Perancis yang bernama Pierre Curie dan Jacques Curie pada
tahun 1880. Penemuan tersebut kemudian dikembangkan oleh sebuah
perusahaan Jepang menjadi Piezo Electric Buzzer dan mulai populer digunakan
sejak 1970-an.
2.5 LED (Light Emitting Dioda)
LED (Light Emitting Dioda) adalah dioda yang dapat memancarkan cahaya
pada saat mendapat arus bias maju (forward bias). LED (Light Emitting Dioda)
dapat memancarkan cahaya karena menggunakan dopping galium, arsenic dan
phosporus. Jenis doping yang berbeda diata dapat menhasilkan cahaya dengan
warna yang berbeda. LED (Light Emitting Dioda) merupakann salah satu jenis
dioda, sehingga hanya akan mengalirkan arus listrik satu arah saja. LED akan
memancarkan cahaya apabil diberikan tegangan listrik dengan konfigurasi forward
bias. Berbeda dengan dioda pada umumnya, kemampuan mengalirkan arus pada
LED (Light Emitting Dioda) cukup rendah yaitu maksimal 20 mA. Apabila LED
(Light Emitting Dioda) dialiri arus lebih besar dari 20 mA maka LED akan rusak,
sehingga pada rangkaian LED dipasang sebuah resistor sebgai pembatas arus.
Simbol dan bentuk fisik dari LED (Light Emitting Dioda) dapat dilihat pada gambar
berikut.
Universitas Sumatera Utara
24
Gambar 2.12 Simbol dan Pisik LED
2.5.1 Cara Kerja LED (Light Emitting Diode)
Cara kerja LED 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 (PType material). Saat Elektron berjumpa dengan Hole akan melepaskan photon dan
memancarkan cahaya monokromatik (satu warna).
Gambar 2.13 Cara Kerja LED
Universitas Sumatera Utara
25
2.5.2 Cara Mengetahui Polaritas LED
Untuk mengetahui polaritas terminal Anoda (+) dan Katoda (-) pada LED.
Kita dapat melihatnya secara fisik berdasarkan gambar diatas. 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.
Gambar 2.14 Cara Melihat Polaritas LED
2.5.3 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 :
Bahan Semikonduktor
Wavelength
Warna
Gallium Arsenide (GaAs)
850-940nm
Infra Merah
Gallium Arsenide Phosphide (GaAsP)
630-660nm
Merah
Gallium Arsenide Phosphide (GaAsP)
605-620nm
Jingga
Universitas Sumatera Utara
26
Gallium Arsenide Phosphide Nitride (GaAsP:N)
585-595nm
Kuning
Aluminium Gallium Phosphide (AlGaP)
550-570nm
Hijau
Silicon Carbide (SiC)
430-505nm
Biru
Gallium Indium Nitride (GaInN)
450nm
Putih
Tabel 2.1 Warna LED
2.5.4 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.
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
Tabel 2.2 Tegangan Pada LED
Universitas Sumatera Utara
BAB II
LANDASAN TEORI
Pengukuran adalah serangkaian proses yang dilakukan untuk mendapatkan
sebuah data. Proses pengukuran umumnya dilakukan dengan membandingkan
antara standar ukur dan juga parameter yang akan dijadikan sebagai objek ukur.
Jenis pengukuran juga beragam, mulai dari pengukuran panjang, massa,
intensitas zat dan lain sebagainya. Pengukuran sendiri memegang peranan
penting dalam segala sendi kehidupan. Sistem pengukuran sendiri sudah kita
rasakan sejak di dalam kandungan hingga sampai ke liang lahat. Dalam hal ini,
berarti pengukuran sendiri telah mengakar dan menjadi pendamping kita dalam
kehidupan sehari-hari,
2.1 Sensor Ultrasonik
Sensor Ultra sonic adalah sebuah alat listrik yang mempnyai fungsi sebagai
sensor yang bekerja berdasarkan prinsip pantulan dari sebuah gelombang suara
yang di gunakan untuk mendeteksi keberadaan dari suatu benda atu objek tertentu
yang ada di depanya. Sensor ini bekerja pada frekuensi di atas gelombang suara
dari 40 KHz hingga 400 KHz dan mempunyai jangkauan 3 cm – 300 cm.
gelombang ultra sonic ini merambat di udara dengan kecepatan 344 meter per detik.
Sensor ini memiliki sebuah pin yang digunakan untuk memicu terjadinya
pengukuran dan melaporkan jarak hasil pengukuran.
Universitas Sumatera Utara
6
Gambar 2.1 Sensor Ultrasonik
Sensor ultrasonik adalah sebuah sensor yang mengubah besaran fisis (bunyi)
menjadi besaran listrik. Pada sensor ini gelombang ultrasonik dibangkitkan melalui
sebuah benda yang disebut piezoelektrik. Piezoelektrik ini akan menghasilkan
gelombang ultrasonik dengan frekuensi 40 kHz ketika sebuah osilator diterapkan
pada benda tersebut. Sensor ultrasonik secara umum digunakan untuk suatu
pengungkapan tak sentuh yang beragam seperti aplikasi pengukuran jarak. Alat ini
secara umum memancarkan gelombang suara ultrasonik menuju suatu target yang
memantulkan balik gelombang kearah sensor. Kemudian sistem mengukur waktu
yang diperlukan untuk pemancaran gelombang sampai kembali ke sensor dan
menghitung jarak target dengan menggunakan kecepatan suara dalam medium.
Rangkaian penyusun sensor ultrasonik ini terdiri dari transmitter, reiceiver, dan
komparator. Selain itu, gelombang ultrasonik dibangkitkan oleh sebuah kristal tipis
bersifat piezoelektrik. Bagian-bagian dari sensor ultrasonik adalah sebagai berikut:
a. Piezoelektrik
Peralatan piezoelektrik secara langsung mengubah energi listrik menjadi energi
mekanik. Tegangan input yang digunakan menyebabkan bagian keramik meregang
dan memancarkan gelombang ultrasonik. Tipe operasi transmisi elemen
piezoelektrik sekitar frekuensi 32 kHz. Efisiensi lebih baik, jika frekuensi osilator
diatur pada frekuensi resonansi piezoelektrik dengan sensitifitas dan efisiensi paling
Universitas Sumatera Utara
7
baik. Jika rangkaian pengukur beroperasi pada mode pulsa elemen piezoelektrik
yang sama dapat digunakan sebagai transmitter dan reiceiver. Frekuensi yang
ditimbulkan tergantung pada osilatornya yang disesuiakan frekuensi kerja dari
masingmasing transduser. Karena kelebihannya inilah maka tranduser piezoelektrik
lebih sesuai digunakan untuk sensor ultrasonik.
b. Transmitter
Transmitter adalah sebuah alat yang berfungsi sebagai pemancar gelombang
ultrasonik dengan frekuensi sebesar 40 kHz yang dibangkitkan dari sebuah 7
osilator. Untuk menghasilkan frekuensi 40 KHz, harus di buat sebuah rangkaian
osilator dan keluaran dari osilator dilanjutkan menuju penguat sinyal. Besarnya
frekuensi ditentukan oleh komponen kalang RLC / kristal tergantung dari disain
osilator yang digunakan. Penguat sinyal akan memberikan sebuah sinyal listrik
yang diumpankan ke piezoelektrik dan terjadi reaksi mekanik sehingga bergetar dan
memancarkan gelombang yang sesuai dengan besar frekuensi pada osilator.
c. Receiver
Receiver terdiri dari transduser ultrasonik menggunakan bahan piezoelektrik, yang
berfungsi sebagai penerima gelombang pantulan yang berasal dari transmitter yang
dikenakan pada permukaan suatu benda atau gelombang langsung LOS (Line of
Sight) dari transmitter. Oleh karena bahan piezoelektrik memiliki reaksi yang
reversible, elemen keramik akan membangkitkan tegangan listrik pada saat
gelombang datang dengan frekuensi yang resonan dan akan menggetarkan bahan
piezoelektrik tersebut.
Secara utuh gambaran cara kerja dari sensor ultra sonic adalah sebagai brikut:
Universitas Sumatera Utara
8
Gambar 2.2 Cara kerja sensor Ultra sonic
2.1.1 Aplikasi Sensor Ultrasonik
-
Dalam bidang kesehatan, gelombang ultrasonik bisa digunakan untuk melihat
organ-organ dalam tubuh manusia seperti untuk mendeteksi tumor, liver, otak
dan menghancurkan batu ginjal. Gelombang ultrasonik juga dimanfaatkan pada
alat USG (ultrasonografi) yang biasa digunakan oleh dokter kandungan.
-
Dalam bidang industri, gelombang ultrasonik digunakan untuk mendeteksi
keretakan pada logam, meratakan campuran besi dan timah, meratakan
campuran susu agar homogen, mensterilkan makanan yang diawetkan dalam
kaleng, dan membersihkan benda benda yang sangat halus. Gelombang
ultrasonik juga bisa digunakan untuk mendeteksi keberadaan mineral maupun
minyak bumi yang tersimpan di dalam perut bumi.
-
Dalam bidang pertahanan, gelombang ultrasonik digunakan sebagai radar atau
navigasi, di darat maupun di dalam air. Gelombang ultrasonik digunakan oleh
kapal pemburu untuk mengetahui keberadaan kapal selam, dipasang pada kapal
selam untuk mengetahui keberadaan kapal yang berada di atas permukaan air,
mengukur kedalaman palung laut, mendeteksi ranjau, dan menentukan puosisi
sekelompok ikan.
Universitas Sumatera Utara
9
2.1.2 Karateristik Sensor Ultrasonik
1. Tegangan sumber operasi tunggal 5.0 V
2. Konsumsi arus 15 mA
3. Frekuensi operasi 40 KHz
4. Minimum pendeteksi jarak 0.02 m (2 cm)
5. Maksimum pendeteksian jarak 4 m
6. Sudut pantul gelombang pengukuran 15 derajat
7. Minimum waktu penyulutan 10 mikrodetik dengan pulsa berlevel TTL
8. Pulsa deteksi berlevel TTL dengan durasi yang bersesuaian dengan jarak
deteksi
9. Dimensi 45 x 20 x 15 mm
2.1.3 Prinsip Kerja Sensor Ultrasonik
1. Sinyal dipancarkan oleh pemancar ultrasonik. Sinyal tersebut berfrekuensi
diatas 20kHz, biasanya yang digunakan untuk mengukur jarak benda adalah
40kHz. Sinyal tersebut di bangkitkan oleh rangkaian pemancar ultrasonik.
2. Sinyal yang dipancarkan tersebut kemudian akan merambat sebagai sinyal
/ gelombang bunyi dengan kecepatan bunyi yang berkisar 340 m/s. Sinyal
tersebut kemudian akan dipantulkan dan akan diterima kembali oleh bagian
penerima Ultrasonik.
3. Setelah sinyal tersebut sampai di penerima ultrasonik, kemudian sinyal
tersebut akan diproses untuk menghitung jaraknya.
2.1.4 Fungsi Pin – pin Sensor HC – SR04
1. VCC = 5V Power Supply. Pin sumber tegangan positif sensor.
Universitas Sumatera Utara
10
2. Trig = Trigger/Penyulut. Pin ini yang digunakan untuk membangkitkan
sinyal ultrasonik.
3. Echo = Receive/Indikator. Pin ini yang digunakan untuk mendeteksi sinyal
pantulan ultrasonik.
4. GND = Ground/0V Power Supply. Pin sumber tegangan negatif sensor
2.2 Mikrokontroler Arduino
2.2.1 Pengenalan Arduino
Arduino dikatakan sebagai sebuah platform dari physical computing yang
bersifat open source. Pertama-tama perlu dipahami bahwa kata “platform” disini
adalah sebuah pilihan kata yang tepat. Arduino tidak hanya sekedar sebuah alat
pengembangan, tetapi ia adalah kombinasi dari hardware, bahasa pemprograman
dan Integrated Development Environtment (IDE) yang canggih. IDE adalah sebuah
software yang sangat berperan untuk menulis program, meng-compile menjadi
kode biner dan meng-upload ke dalam memory microcontroller. Ada banyak projek
dan alat –alat yang dikembangkan oleh akademisi dan profesional dengan
menggunakan Arduino, selain itu juga ada banyak modul-modul pendukung
(sensor, tampilan, penggerak dan sebagainya) yang dibuat oleh pihak lain untuk
bisa disambungkan dengan Arduino. Arduino berevolusi menjadi sebuah platform
karena ia menjadi pilihan dan acuan bagi banyak praktisi.
Salah satu yang membuat arduino memikat hati banyak orang adalah karena
sifatnya open source, baik untuk hardware maupun software-nya. Komponen utama
didalam papan Arduino adalah sebuah microcontroller 8 bit dengan merk Atmega
yang dibuat oleh perusahaan Atmel Corporation. Berbagai papan Arduino
menggunakan tipe Atmega yang berbeda-beda tergantung dari spesifikasinya,
Universitas Sumatera Utara
11
sebagai contoh Arduino Uno menggunakan Atmega328 sedangkan Arduino Mega
2560 yang lebih canggih menggunakan Atmega2560.
2.2.2 Jenis-Jenis Papan Arduino
Saat ini bermacam-macam bentuk papan Arduino yang disesuaikan dengan
peruntukannya seperti diperlihatkan berikut ini :
a. Arduino USB
Gambar 2.3 Arduino USB
Menggunakan USB sebagai antar muka pemrograman atau komunikasi komputer.
Contoh Arduino Uno, Arduino Duemilanove, Arduino Diecimia, Arduino NG
Rev.C, Arduino NG (Nouva Generazioner, Arduino Extreme dan Arduino Extream
v2, Arduino USB dan Arduino Usb v2.0
b. Arduino Serial
Menggunakan RS232 sebagai antar muka pemrograman atau komunikasi
komputer. Contohnya adalah Arduino serial dan arduino serial v2.0.
Universitas Sumatera Utara
12
Gambar 2.4 Arduino Serial
c. Arduino Mega
Papan arduino dengan spesifikasi yang lebih tinggi, dilengkapi tambahan pin
digital, pin analog, port serial dan sebagainya. Contohnya Arduino mega dan
arduino mega 2560.
Gambar 2.5 Arduino Mega
d. Arduino FIO
Arduino Fio ditujukan untuk penggunaan nirkabel.
Gambar 2.6 Arduino FIO
Universitas Sumatera Utara
13
e. Arduino Lilypad
Papan dengan bentuk yang melingkat. Contoh : Lilypad Arduino 00, Lilypad
Arduino 01, Lilypad Arduino 02, Lilypad Arduino 03, Lilypad Arduino 04.
Gambar 2.7 Arduino Lilypad
f. Arduino BT (bluetooth)
Arduino BT mengandung modul bluetooth untuk komunikasi nirkabel.
Gambar 2.8 Arduino Bluetooh
g. Arduino Mini dan Arduino Nano
Papan berbentuk kompak dan digunakan bersama breadboard. Contoh :
Arduino nano 3.0, Arduino nano 2.x , adruino mini 04, Arduino mini 03,
arduino stamp 02.
Universitas Sumatera Utara
14
Gambar 2.9 Arduino Mini/Nano
2.3 LCD (Liquid Crystal Display) M1632
LCD M1632 merupakan modul LCD matrix dengan konfigurasi 16 karakter dan
2 baris dengan setiap karakternya dibentuk oleh 8 baris pixel dan 5 kolom pixel (1
baris pixel terahir adalah kursor). LCD (Liquid Cristal Display) berfungsi untuk
menampilkan karakter angka, huruf ataupun simbol dengan lebih baik dan dengan
konsumsi arus yang rendah . HD44780 ini sudah tersedia dalam bentuk modul M1632
yang dikeluarkan Hitachi, Hyunday dan modul-modul M1632 lainnya. Berikut
adalah gambar dari LCD M1632.
Gambar 2.10 LCD M1632
HD44780 sebetulnya merupakan mikrokontroler yang dirancang khusus
untuk mengendalikan LCD dan mempunyai kemampuan untuk mengatur proses
scanning pada layar LCD yang terbentuk oleh 16 COM dan 40SEG sehingga
mikrokontroler / perangkat yang mengakses modul LCD ini tidak perlu lagi
Universitas Sumatera Utara
15
mengatur proses scanning pada layar LCD. Mikrokontroler atau perangkat tersebut
hanya mengirimkan data-data yang merupakan karakter yang akan ditampilkan
pada LCD atau perintah yang mengatur proses tampilan pada LCD saja.
LCD (Liquid Crystal Display) adalah suatu jenis media tampil yang
menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. LCD berfungsi untuk
menampilkan karakter angka, huruf ataupun simbol dengan lebih baik dengan
komsumsi arus yang rendah. LCD dot matrik M1632 merupakan modul LCD
buatan Hitachi. LCD sudah digunakan diberbagai bidang misalnya alat – alat
elektronik seperti televisi, kalkulator, ataupun layar komputer. Pada aplikasi LCD
yang digunakan ialah LCD dot matrik dengan jumlah karakter 2x16. LCD sangat
berfungsi sebagai penampil yang nantinya akan digunakan untuk menampilkan
status kerja alat.
Modul Prosesor M1632 pada LCD tersebut memiliki memori tersendiri sebagai
berikut :
1. CGROM (Character Generator Read Only Memory)
2. CGRAM (Character Generator Random Access Memory)
3. DDRAM (Display Data Random Access Memory)
Fungsi pin LCD Dot Matrix 2x16 M1632 sebagai berikut :
1. DB0 – DB7 adalah jalur data yang berfungsi sebagai jalur komunikasi untuk
mengirimkan dan menerima data atau instruksi dari mikrokontroler ke modul
LCD.
2. RS adalah pin yang berfungsi sebagai selektor register (register select) yaitu
dengan memberikan logika low (0) sebagai register perintah dan logika high (1)
sebagai register data.
Universitas Sumatera Utara
16
3. R/W adalah pin yang berfungsi untuk menentukan mode baca atau tulis dari
data yang terdapat pada DB0 – DB7. Yaitu dengan memberikan logika low (0)
untuk fungsi read dan logika high (1) untuk mode write.
4. Enable (E) berfungsi sebagai Enable Clock LCD, logika 1 setiap kali
pengiriman atau pembacaan data.
Penulisan data register perintah LCD M1632 dilakukan dengan tujuan mengatur
tampilan LCD, inisialisasi dan mengatur Address Counter maupun Address Data.
Kondisi RS berlogika 0 menunjukkan akses data ke register perintah. RW berlogika
0 menunjukkan proses penulisan data akan dilakukan. Nibble tinggi (bit 7 sampai
bit 4) terlebih dahulu dikirimkan dengan diawali pulsa logika 1 pada E Clock.
Kemudian nibble rendah (bit 3 sampai bit 0) dikirimkan dengan diawali pulsa
logika 1 pada E Clock lagi. Untuk mode 8 bit interface, proses penulisan dapat
langsung dilakukan secara 8 bit (bit 7 sampai bit 0) dan diawali sebuah pulsa logika
1 pada E Clock. Proses Pembacaan data register perintah LCD M1632 biasa
digunakan untuk melihat status busy dari LCD atau membaca Address Counter.
RS diatur pada logika 0 untuk akses ke register perintah, R/W diatur pada logika
1 yang menunjukkan proses pembacaan data. 4 bit nibble tinggi dibaca dengan
diawali pulsa logika 1 pada E Clock dan kemudian 4 bit nibble rendah dibaca
dengan diawali pulsa logika 1 pada E Clock. Untuk mode 8 bit interface, pembacaan
8 bit (nibble tinggi dan rendah) dilakukan sekaligus dengan diawali sebuah pulsa
logika pada E Clock. Penulisan data pada register data LCD M1632 dilakukan
untuk mengirimkan data yang akan ditampilkan pada LCD. Proses diawali dengan
adanya logika 1 pada RS yang menunjukkan akses ke register data, kondisi R/W
diatur pada logika 0 yang menunjukkan proses penulisan data. Data 4 bit nibble
Universitas Sumatera Utara
17
tinggi (bit 7 sampai bit 4) dikirim dengan diawali pulsa logika 1 pada sinyal E Clock
dan kemudian diikuti 4 bit nibble rendah yang juga diawali pulsa logika 1 pada
sinyal E Clock. Pembacaan data dari register data LCD M1632 dilakukan untuk
membaca kembali data yang tampil pada LCD.
Proses dilakukan dengan mengatur RS pada logika 1 yang menunjukkan adanya
akses ke register data. Kondisi R/W diatur pada logika tinggi yang menunjukkan
adanya proses pembacaan data. Data 4 bit nibble tinggi dibaca dengan diawali
adanya pulsa logika 1 pada E Clock dan dilanjutkan dengan 4 bit nibble rendah
yang juga diawali dengan pulsa logika 1 pada E Clock.
2.3.1 Struktur memori LCD
Modul LCD M1632 memiliki beberapa jenis memori yang digunakan untuk
menyimpan atau memproses data-data yang akan ditampilkan pada layar LCD.
Setiap jenis memori mempunyai fungsi-fungsi tersendiri.
a. DDRAM
DDRAM merupakan tempat karakter yang ditampilkan berada. Contohnya,
karakter “A” yang ditulis pada alamat 00 akan tampil pada baris pertama dan kolom
pertama dari LCD. Apabila karakter tersebut ditulis pada alamat 10, karakter
tersebut akan tampil pada baris kedua kolom pertama dari LCD.
b. CGRAM
CGRAM adalah memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter dan
bentuk karakter dapat diubah-ubah sesuai keinginan. Akan tetapi isi 27 memori
akan hilang saat power supply tidak aktif sehingga pola karakter akan hilang.
c. CGROM
Universitas Sumatera Utara
18
CGROM adalah memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter dan
pola tersebut sudah ditentukan secara permanen dari HD44780 sehingga pengguna
tidak dapat mengubah lagi. Oleh karena ROM bersifat permanen, pola karakter
tersebut tidak akan hilang walaupun power supply tidak aktif.
2.3.2 Fungsi Pin LCD (Liquid Cristal Display) Dot Matrix 2 x 16 M1632
DB0 – DB7 adalah jalur data (data bus) yang berfungsi sebagai jalur
komunikasi untuk mengirimkan dan menerima data atau instruksi dari
mikrokontrooler ke modul LCD.
RS adalah pin yang berfungsi sebagai selektor register (register sellect) yaitu
dengan memberikan logika low (0) sebagai register perintah dan logika high
(1) sebagai register data.
R/W adalah pin yang berfungsi untuk menentukan mode baca atau tulis dari
data yang terdapat pada DB0 – DB7. Yaitu dengan memberikan logika low
(0) untuk fungsi read dan logika high (1) untuk mode write.
Enable (E), berfungsi sebagai Enable Clock LCD, logika 1 setiap kali
pengiriman atau pembacaan data
2.3.3 Register control yang terdapat dalam suatu LCD
Diantaranya adalah :
Register
perintah yaitu
register
yang
berisi
perintah-perintah
dari
mikrokontroler ke panel LCD (Liquid Cristal Display) pada saat proses
penulisan data atau tempat status dari panel LCD (Liquid Cristal Display)
dapat dibaca pada saat pembacaan data.
Universitas Sumatera Utara
19
Register data yaitu register untuk menuliskan atau membaca data dari atau
keDDRAM. Penulisan data pada register akan menempatkan data tersebut
keDDRAM sesuai dengan alamat yang telah diatur sebelumnya.
2.3.4 Pin, kaki atau jalur input dan kontrol dalam suatu LCD (Liquid Cristal
Display)
Diantaranya adalah :
Pin data adalah jalur untuk memberikan data karakter yang ingin ditampilkan
menggunakan LCD (Liquid Cristal Display) dapat dihubungkan dengan bus
data dari rangkaian lain seperti mikrokontroler dengan lebar data 8 bit.
Pin RS (Register Select) berfungsi sebagai indikator atau yang menentukan
jenis data yang masuk, apakah data atau perintah. Logika low menunjukan
yang masuk adalah perintah, sedangkan logika high menunjukan data.
Pin R/W (Read Write) berfungsi sebagai instruksi pada modul jika low tulis
data, sedangkan high baca data.
Pin E (Enable) digunakan untuk memegang data baik masuk atau keluar.
Pin VLCD berfungsi mengatur kecerahan tampilan (kontras) dimana pin ini
dihubungkan dengan trimpot 5 Kohm, jika tidak digunakan dihubungkan ke
ground, sedangkan tegangan catu daya ke LCD sebesar 5 Volt.
2.4 Buzzer Mini
Buzzer adalah sebuah komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah
getaran listrik menjadi getaran suara. Pada dasarnya prinsip kerja buzzer hampir
sama dengan loud speaker, jadi buzzer juga terdiri dari kumparan yang terpasang
pada diafragma dan kemudian kumparan tersebut dialiri arus sehingga menjadi
elektromagnet, kumparan tadi akan tertarik ke dalam atau keluar, tergantung dari
Universitas Sumatera Utara
20
arah arus dan polaritas magnetnya, karena kumparan dipasang pada diafragma
maka setiap gerakan kumparan akan menggerakkan diafragma secara bolak-balik
sehingga membuat udara bergetar yang akan menghasilkan suara. Buzzer biasa
digunakan sebagai indikator bahwa proses telah selesai atau terjadi suatu kesalahan
pada sebuah alat (alarm). Berikut adalah gambar dari Buzzer mini
Gambar 2.11 Buzzer Mini
Buzzer adalah komponen tambahan dalam rancangan sistem. Fungsinya
adalah sebagai indikator jarak benda yang diukur oleh sensor. Buzzer sendiri adalah
sebuah komponen elektronika yang mengubah getaran listrik menjadi getaran
suara. Sesuai dengan pengertian buzzer, buzzer banyak digunakan sebagai indikator
maupun alarm yang menandakan suatu proses yang sedang terjadi maupun sudah
terjadi.
Prinsip kerja sebuah buzzer umumnya sama dengan loudspeaker
konvensional, yakni menghasilkan suara yang diakibatkan adanya arus listrik yang
mengalir didalamnya. Buzzer sendiri ada lah kumparan kuningan yang telah
disusun sedemikian rupa. Kumparan tersebut lalu dapat dialiri oleh listrik, yang
akan membuatnya tertarik kedalam dan keluar tergantung arah arus dan polaritas
magnetiknya. Karena kumparan tersebut diletakkan pada diafragma, maka setiap
gerakan yang dihasilkan oleh kumparan akan menggetarkan diafragma secara bolak
balik, getaran tersebut menghasilkan suara tertentu.
Universitas Sumatera Utara
21
Rangkaian alarm buzzer tidak hanya digunakan sebagai penanda pada
sistem keamanan. Buzzer juga digunakan pada bel rumah, jam alarm, AC, dan
perangkat elektronik lainnya yang menggunakan sistem pengingat. Rangkaian
buzzer sederhana terdiri dari transistor sebagai driver yang berfungsi sebagai
saklar dan penguat arus. Cara kerja rangkaian alarm buzzer yaitu ketika sinyal
keluar dari mikrokontroler berlogika high, maka mikrokontroler akan
mengirimkan sinyal ke buzzer sehingga memicu buzzer untuk bekerja. Ketika
buzzer telah bekerja maka akan menciptakan suara yang telah diatur sesuai
dengan instruksi coding pada mikrokontroler.
Dalam sistem rangkaian ultrasonic ruler sendiri, buzzer digunakan
sebagai penanda jarak benda yang diukur. Artinya posisi benda (jauh atau dekat)
akan dinyatakan dalam bunyi yang dihasilkan oleh buzzer. Semakin dekat jarak
benda maka akan semakin cepat pula bunyi yang dihasilkan buzzer. Sebaliknya,
apabila jarak benda dan sensor semakin jauh, maka bunyi pada buzzer akan
semakin lambat. Buzzer tidak hanya berbunyi “bip”, melainkan juga dapat
divariasikan dari segi bebunyiannya. Kesemuanya itu dapat diatur dalam
memprogram mikrokontroler yang digunakan dalm sistem.
Salah satu jenis rangkaian buzzer yang biasa dikenal dan digunakan ialah
piezoelectric. Buzzer piezo memiliki sejumlah keunggulan diantaranya ialah
memiliki ukuran yang lebih ringan sehingga lebih mudah untuk digabungkan
dengan rangkaian elektrik lainnya. Buzzer piezo atau yang biasa disebut Beeper
termasuk dalam kelompok transduser.
Sejarah singkatnya, efek piezoelectric ditemukan pertama kali oleh dua
orang ahli fisika (Pierre Curie dan Jacques Curie) berkebangsaan Perancis tahun
Universitas Sumatera Utara
22
1880. Setelah itu, penemuan tersebut mulai populer pada tahun 1970-an ketika
telah dikembangkan di Jepang dan dinamakan Piezo Electric Buzzer. Cara kerja
buzzer ini adalah ketika tegangan listrik dialirkan ke komponen piezoelectric,
maka akan terjadi gerakan mekanis yang kemudian diubah menjadi bunyi
sehingga bisa didengar oleh manusia menggunakan resonator dan diafragma.
Karena ukurannya yang relatif ringan, rangkaian buzzer piezo mudah digerakkan
bila dibandingkan dengan speaker.
Apabila lebih besar dari itu, buzzer memerlukan driver untuk
mengangkat arus hingga bisa masuk ke buzzer. Untuk membuat driver sendiri,
kita membutuhkan rangkaian transistor. Komponen yang diperlukan untuk
membuat driver ialah transistor NPN BC547, resistor 100 ohm, dan buzzer.
Secara umum, pada skema buzzer ada komponen utama Timer IC NE555.
Kemudian LDR yang berfungsi sebagai penerima cahaya yang masuk. Apabila
cahaya yang diterima terlalu terang, maka tingkat resistensi LDR akan rendah
sehingga arus listrik tidak teralirkan mencapai buzzer. Sedangkan pada tingkat
cahaya rendah, tingkat resistensi LDR akan tinggi sehingga mampu mengalirkan
listrik mencapai buzzer. Bersamaan dengan resistensi LDR yang tinggi, IC akan
mendorong buzzer sehingga bunyi yang dihasilkan buzzer bisa terdengar serta
mendeteksi adanya bahaya.
Buzzer Listrik adalah sebuah komponen elektronika yang dapat
mengubah sinyal listrik menjadi getaran suara. Pada umumnya, Buzzer yang
merupakan sebuah perangkat audio ini sering digunakan pada rangkaian antimaling, Alarm pada Jam Tangan, Bel Rumah, peringatan mundur pada Truk dan
perangkat peringatan bahaya lainnya. Jenis Buzzer yang sering ditemukan dan
Universitas Sumatera Utara
23
digunakan adalah Buzzer yang berjenis Piezoelectric, hal ini dikarenakan Buzzer
Piezoelectric memiliki berbagai kelebihan seperti lebih murah, relatif lebih
ringan dan lebih mudah dalam menggabungkannya ke Rangkaian Elektronika
lainnya. Buzzer yang termasuk dalam keluarga Transduser ini juga sering disebut
dengan Beeper.
Efek Piezoelectric (Piezoelectric Effect) pertama kali ditemukan oleh dua
orang fisikawan Perancis yang bernama Pierre Curie dan Jacques Curie pada
tahun 1880. Penemuan tersebut kemudian dikembangkan oleh sebuah
perusahaan Jepang menjadi Piezo Electric Buzzer dan mulai populer digunakan
sejak 1970-an.
2.5 LED (Light Emitting Dioda)
LED (Light Emitting Dioda) adalah dioda yang dapat memancarkan cahaya
pada saat mendapat arus bias maju (forward bias). LED (Light Emitting Dioda)
dapat memancarkan cahaya karena menggunakan dopping galium, arsenic dan
phosporus. Jenis doping yang berbeda diata dapat menhasilkan cahaya dengan
warna yang berbeda. LED (Light Emitting Dioda) merupakann salah satu jenis
dioda, sehingga hanya akan mengalirkan arus listrik satu arah saja. LED akan
memancarkan cahaya apabil diberikan tegangan listrik dengan konfigurasi forward
bias. Berbeda dengan dioda pada umumnya, kemampuan mengalirkan arus pada
LED (Light Emitting Dioda) cukup rendah yaitu maksimal 20 mA. Apabila LED
(Light Emitting Dioda) dialiri arus lebih besar dari 20 mA maka LED akan rusak,
sehingga pada rangkaian LED dipasang sebuah resistor sebgai pembatas arus.
Simbol dan bentuk fisik dari LED (Light Emitting Dioda) dapat dilihat pada gambar
berikut.
Universitas Sumatera Utara
24
Gambar 2.12 Simbol dan Pisik LED
2.5.1 Cara Kerja LED (Light Emitting Diode)
Cara kerja LED 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 (PType material). Saat Elektron berjumpa dengan Hole akan melepaskan photon dan
memancarkan cahaya monokromatik (satu warna).
Gambar 2.13 Cara Kerja LED
Universitas Sumatera Utara
25
2.5.2 Cara Mengetahui Polaritas LED
Untuk mengetahui polaritas terminal Anoda (+) dan Katoda (-) pada LED.
Kita dapat melihatnya secara fisik berdasarkan gambar diatas. 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.
Gambar 2.14 Cara Melihat Polaritas LED
2.5.3 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 :
Bahan Semikonduktor
Wavelength
Warna
Gallium Arsenide (GaAs)
850-940nm
Infra Merah
Gallium Arsenide Phosphide (GaAsP)
630-660nm
Merah
Gallium Arsenide Phosphide (GaAsP)
605-620nm
Jingga
Universitas Sumatera Utara
26
Gallium Arsenide Phosphide Nitride (GaAsP:N)
585-595nm
Kuning
Aluminium Gallium Phosphide (AlGaP)
550-570nm
Hijau
Silicon Carbide (SiC)
430-505nm
Biru
Gallium Indium Nitride (GaInN)
450nm
Putih
Tabel 2.1 Warna LED
2.5.4 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.
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
Tabel 2.2 Tegangan Pada LED
Universitas Sumatera Utara