T1__BAB II Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Perancangan Sistem Pengukuran Sisa Bahan Bakar Sepeda Motor dan Sisa Jarak Tempuh T1 BAB II
BAB II
DASAR TEORI
Pada bab ini akan dijelaskan secara singkat komponen-komponen elektronik
yang digunakan dalam pembuatan skripsi ini. Komponen elektronik yang digunakan
antara lain mikrokontroler jenis Arduino UNO, sensor pelampung tangki bensin, Sensor
Vehicles Speed, Injector , dan LCD16x2.
2.1.
Arduino UNO
Arduino UNO adalah papan mikrokontroler yang menggunakan ATmega328.
IC(integrated circuit) ini memiliki 14 pin I/O digital (6 pin untuk PWM dan 6 pin untuk
input analog), resonator Kristal keramik 16MHz, koneksi USB, soket adaptor, pin
header ICSP, dan tombol reset. Hal yang membuat mikrokontroler ini dapat secara
mudah terhubung dengan kabel power USB atau power supply adaptor AC - DC atau
dengan menggunakan baterai.[3]
Gambar 2.1. Arduino UNO.
5
2.1.1. Spesifikasi
Untuk spesifikasi lengkap dari Arduino UNO dapat dilihat dalam Tabel
2.1.
Tabel 2.1. Spesifikasi Arduino UNO
Mikrokontroler
ATmega328
Tegangan pengoperasian
5V
Tegangan input yang disarankan
7-12V
Batas tegangan input
6-20V
Jumlah pin I/O digital
14 (6 diantaranya menyediakan
keluaran PWM)
Jumlah pin input analog
6
Arus DC tiap pin I/O
40 mA
Arus DC untuk pin 3.3V
50 mA
Memori Flash
32 KB (ATmega328), sekitar 0.5 Kb
digunakan untuk bootloader
SRAM
2 kB (ATmega328)
EEPROM
1 kB (ATmega328)
Clock Speed
16 MHz
2.1.2. Power
Arduino Uno dapat dicatu langsung dengan menggunakan tegangan
USB atau dengan menggunakan power supply tambahan melalui kabel external
(non-USB) seperti menggunakan adaptor AC ke DC atau dengan konektor plug
ukuran 2.1mm polaritas positif di tengah ke jack power di board.
Apabila menggunakan supply lain seperti baterai atau aki dapat
langsung dihubungkan pada pin GND dan Vin pada bagian power konektor
Arduino
6
Gambar 2.2. Port power supply pada Arduino UNO
Board Arduino UNO ini dapat dicatu dengan tegangan kerja antara 6-20
Volt. Akan tetapi apabila catu daya yang diberikan di bawah tegangan standar
5V board akan tidak stabil, hal ini bisa mengakibatkan rangkaian bekerja
dengan tidak sempurna. Dan apabila tegangan masukan yang diberikan lebih
dari 12V, regulator 12V yang terdapat pada Arduino akan cepat panas yang
dapat menyebabkan kerusakan pada board Arduino Uno. Untuk itu tegangan
yang direkomendasikan adalah antara 7-12V.
Untuk penjelasan power pin pada board Arduino secara singkat adalah
sebagai berikut:
1. VIN
Saat menggunakan inputan tegangan menggunakan sumber
catu daya dari luar (7-12V) anda bisa langsung menghubungkannya
dengan pin Vin ini. Atau bila anda menghubungkan tegangan luar
melalui DC power jack tegangan yang dihasilkan dari pin Vin akan
sama dengan tegangan yang diberikan ke DC power jack
2. 5V
Pin tegangan 5V catu daya umum langsung ke board. Maksimal
arus yang diperbolehkan adalah 50mA
3. 3,3V
Sama seperti pin 5V akan tetapi tegangan yang dihasilkan
adalah 3,3V
4. GND
Pin ground pada Arduino
7
5. IOREFF
Pin ini menyediakan referensi tegangan agar mikrokontroler
beroperasi dengan baik. Memilih sumber daya yang tepat untuk
mengaktifkan penerjemah tegangan pada output untuk bekerja
dengan 5V atau 3,3V.
2.1.3. Input dan Output
Terdapat 14 pin pada Arduino Uno yang dapat digunakan sebagai input
maupun
output,
dengan
menggunakan
fungsi
perintah
pinMode(),
digitalWrite(), dan digitalRead() yang menggunakan tegangan operasi 5V. Tiap
pin dapat menerima arus maksimal hingga 40 mA. Beberapa pin memiliki
fungsi khusus antara lain:
1. Serial
0 (RX) dan 1(TX). Sebagai penerima (RX) dan pemancar (TX) TTL
serial data. Pin ini terkoneksi untuk pin korespondensi chip ATmega
USB-toTTL serial.
2. External Interrupts
2 dan 3. Pin ini berfungsi sebagai konfigurasi trigger saat interupsi
value low, naik dan tepi, atau nilai sinyal yang berubah-ubah.
3. PWM
3,5,6,9,10, dan 11. Melayani output 8-bit PWM dengan fungsi
analogWrite()
4. SPI
10(SS),11(MOSI),12(MISO),13(SCK).
Pin
yang
mendukung
komunikasi SPI menggunakan SPI library
5. LED
Terdapat LED indikator bawaan yang terhubung ke digital pin 13.
Dimana ketika pin 13 bernilai HIGH LED akan menyala, dan pada
saat pin bernilai LOW maka LED akan mati.
Selain itu pada UNO juga terdapat 6 pin analog yaitu pin A0-A5.
Masing-masing memberikan 10 bit resolusi (1024). Pin ini akan mengolah
8
tegangan input analog antara 0-5V kedata digital antara 0 sampai 1023.
Beberapa fungsi khusus pada pin analog ini antara lain
1. TWI
A4 (SDA) dan A0 (SCL). Support TWI communication
menggunakan Wire library
2. AREF
Tegangan referensi untuk input analog dengan menggunakan
fungsi analogReference().
3. Reset
Menekan jalur LOW untuk mereset mikrokontroler, terdapat
tambahan tombol reset untuk melindungi salah satu blok.
2.2.
Sensor Pelampung Tangki Bensin
Pada kendaraan bermotor sensor yang digunakan untuk mengukur bahan bakar
pada tangki adalah sensor pelampung tangki bensin. Sensor ini bekerja dengan cara
mengikuti ketinggian dari bahan bakar yang terdapat pada tangki bensin.
Pelampung ini terhubung dengan sebuah potensiometer, sehingga besar
kecilnya hambatan dari potensiometer akan mengikuti dari kondisi apung-apung bensin
saat itu. Apabila kondisi bahan bakar dalam kondisi kosong maka hambatan yang
dihasilkan oleh potensiometer akan semakin kecil, sebaliknya jika bahan bakar dalam
tangki pada kondisi penuh maka hambatan yang dihasilkan oleh apung-apung bensin
akan semakin besar pula. Maka apabila potensiometer ini dihubungkan ke sumber
tegangan, keluaran dari tegangan akan berubah-ubah sesuai dengan hambatan yang
dihasilkan oleh potensiometer pada pelampung tangki bensin. Tegangan keluaran dari
sensor ini nantinya dapat dijadikan patokan untuk menentukan sisa bahan bakar yang
terdapat pada tangki kendaraan.[4]
9
Gambar 2.3. Contoh pelampung tangki bensin
Gambar 2.4. Skematik sensor pelampung pada kendaraan
10
Pelampung tangki bensin ini sudah dilengkapi dengan grip penahan
pelampung. Sehingga dapat meminimalisir perubahan data yang dikeluarkan oleh
pelampung bensin dikarenakan guncangan dari luar sepeda motor, bukan dikarenakan
berkurangnya bahan bakar pada tangki bahan bakar.
2.3.
Sensor Vehicles Speed
Sensor Vehicles Speed merupakan sensor magnetik yang digunakan untuk
mengukur putaran roda pada kendaraan bermotor. Sensor ini biasanya terletak pada
poros putar roda kendaraan bermotor. Untuk penempatannya tidak semua kendaraan
sama, akan tetapi kebanyakan pabrikan kendaraan bermotor memasang sensor ini pada
poros roda depan kendaraan. Akan tetapi ada beberapa pabrikan kendaraan yang
memasang sensor ini pada poros roda belakang.
Gambar 2.5. Sensor Vehicles Speed
Sensor ini akan mengeluarkan sinyal apabila terdapat logam yang melewati
magnet yang terdapat pada sensor. Dimana pada kendaraan, logam yang dibaca oleh
sensor ini berupa gear yang terdapat pada poros roda kendaraan, sehingga nantinya data
yang dikeluarkan dapat diolah untuk menentukan baik itu kecepatan kendaraan maupun
jarak yang ditempuh kendaraan tersebut.
11
Gambar 2.6. Contoh keluaran sinyal pada sensor Vehicles Speed [5]
Dengan menghitung jumlah sinyal yang dihasilkan oleh sensor ini maka akan
didapatkan jarak yang ditempuh oleh kendaraan. Sedangkan untuk menentukan
kecepatan dari kendaraan bisa didapat dari perhitungan frekuensi sinyal yang dihasilkan
oleh sensor ini.
Sensor ini membutuhkan tegangan sekitar 12V untuk dapat bekerja dengan
optimal. Sedangkan data keluaran yang dihasilkan oleh sensor ini sebesar 5V saat
sensor ini mendeteksi logam, dan menghasilkan keluaran hampir 0V saat tidak
mendeteksi adanya logam.
2.4.
Injector
Injector merupakan suatu alat yang digunakan untuk menyemprotkan bahan
bakar ke mesin sesuai dengan masukan sinyal dari Electronic Control Unit (ECU).
Injector akan berada pada posisi ON (terbuka) saat mendapat tegangan antara 9-12V.
12
Gambar 2.7. Injector
Pada motor ECU akan memberikan sinyal sebesar kurang lebih 35Vpp ke
injector (atau setara dengan 12Vrms). ECU akan membaca sensor-sensor yang terdapat
pada motor seperti sensor suhu, sensor bukaan gas, sensor O2, sensor putaran mesin,
dan sensor-sensor lain yang terdapat pada kendaraan yang mengirimkan data yang
diperlukan oleh ECU untuk mengatur pembakaran mesin kendaraan. ECU akan
menentukan jumlah bahan bakar yang diperlukan oleh mesin untuk mendapatkan
pembakaran yang sempurna dengan cara mengirimkan sinyal ke injector dengan
frekuensi tertentu, sehingga injector akan menyemprotkan bahan bakar sesuai dengan
kebutuhan.[6]
Sebelum masuk ke injector bahan bakar dari tangki bensin akan melalui sebuah
pompa yang berfungsi untuk menghasilkan tekanan yang stabil pada selang bensin yang
mesuk ke injector . Sehingga injector dapat menyemprotkan bahan bakar saat dalam
kondisi terbuka. Dan jumlah bahan bakar yang disemprotkan untuk setiap sinyal
memiliki jumlah yang sama.
13
2.5.
LCD 16x2
Liquid Crystal Display (LCD) adalah suatu media tampil yang menggunakan
kristal cair sebagai penampil utama. LCD merupakan salah satu jenis display elektronik
yang dibuat dengan menggunakan teknologi logika CMOS yang bekerja dengan tidak
menghasilkan cahaya tetapi memantulkan cahaya yang berada disekitarnya terhadap
front-light atau mentransmisikan cahaya dari back-light. LCD ini memiliki beberapa
fitur didalamnya yaitu terdiri dari 16x2 karakter display, memiliki 192 karakter
tersimpan, terdapat karakter generator terprogram, dapat dialamati dengan mode 4-bit
dan 8-bit, dan dilengkapi dengan back light. [7]
Gambar 2.8. LCD 16x2
14
Untuk konfigurasi dari pin LCD 16x2 dapat dilihat dari Tabel 2.2.
Tabel 2.2. Spesifikasi kaki-kaki LCD 16x2
Pin
Deskripsi
1
Ground
2
VCC
3
Pengatur kontras
4
“RS” Instruction/ Register Select
5
“R/W” Read/Write LCD register
6
“EN” Enable
7-14
Data I/O Pins
15
Not Conencted
16
Not Connected
15
DASAR TEORI
Pada bab ini akan dijelaskan secara singkat komponen-komponen elektronik
yang digunakan dalam pembuatan skripsi ini. Komponen elektronik yang digunakan
antara lain mikrokontroler jenis Arduino UNO, sensor pelampung tangki bensin, Sensor
Vehicles Speed, Injector , dan LCD16x2.
2.1.
Arduino UNO
Arduino UNO adalah papan mikrokontroler yang menggunakan ATmega328.
IC(integrated circuit) ini memiliki 14 pin I/O digital (6 pin untuk PWM dan 6 pin untuk
input analog), resonator Kristal keramik 16MHz, koneksi USB, soket adaptor, pin
header ICSP, dan tombol reset. Hal yang membuat mikrokontroler ini dapat secara
mudah terhubung dengan kabel power USB atau power supply adaptor AC - DC atau
dengan menggunakan baterai.[3]
Gambar 2.1. Arduino UNO.
5
2.1.1. Spesifikasi
Untuk spesifikasi lengkap dari Arduino UNO dapat dilihat dalam Tabel
2.1.
Tabel 2.1. Spesifikasi Arduino UNO
Mikrokontroler
ATmega328
Tegangan pengoperasian
5V
Tegangan input yang disarankan
7-12V
Batas tegangan input
6-20V
Jumlah pin I/O digital
14 (6 diantaranya menyediakan
keluaran PWM)
Jumlah pin input analog
6
Arus DC tiap pin I/O
40 mA
Arus DC untuk pin 3.3V
50 mA
Memori Flash
32 KB (ATmega328), sekitar 0.5 Kb
digunakan untuk bootloader
SRAM
2 kB (ATmega328)
EEPROM
1 kB (ATmega328)
Clock Speed
16 MHz
2.1.2. Power
Arduino Uno dapat dicatu langsung dengan menggunakan tegangan
USB atau dengan menggunakan power supply tambahan melalui kabel external
(non-USB) seperti menggunakan adaptor AC ke DC atau dengan konektor plug
ukuran 2.1mm polaritas positif di tengah ke jack power di board.
Apabila menggunakan supply lain seperti baterai atau aki dapat
langsung dihubungkan pada pin GND dan Vin pada bagian power konektor
Arduino
6
Gambar 2.2. Port power supply pada Arduino UNO
Board Arduino UNO ini dapat dicatu dengan tegangan kerja antara 6-20
Volt. Akan tetapi apabila catu daya yang diberikan di bawah tegangan standar
5V board akan tidak stabil, hal ini bisa mengakibatkan rangkaian bekerja
dengan tidak sempurna. Dan apabila tegangan masukan yang diberikan lebih
dari 12V, regulator 12V yang terdapat pada Arduino akan cepat panas yang
dapat menyebabkan kerusakan pada board Arduino Uno. Untuk itu tegangan
yang direkomendasikan adalah antara 7-12V.
Untuk penjelasan power pin pada board Arduino secara singkat adalah
sebagai berikut:
1. VIN
Saat menggunakan inputan tegangan menggunakan sumber
catu daya dari luar (7-12V) anda bisa langsung menghubungkannya
dengan pin Vin ini. Atau bila anda menghubungkan tegangan luar
melalui DC power jack tegangan yang dihasilkan dari pin Vin akan
sama dengan tegangan yang diberikan ke DC power jack
2. 5V
Pin tegangan 5V catu daya umum langsung ke board. Maksimal
arus yang diperbolehkan adalah 50mA
3. 3,3V
Sama seperti pin 5V akan tetapi tegangan yang dihasilkan
adalah 3,3V
4. GND
Pin ground pada Arduino
7
5. IOREFF
Pin ini menyediakan referensi tegangan agar mikrokontroler
beroperasi dengan baik. Memilih sumber daya yang tepat untuk
mengaktifkan penerjemah tegangan pada output untuk bekerja
dengan 5V atau 3,3V.
2.1.3. Input dan Output
Terdapat 14 pin pada Arduino Uno yang dapat digunakan sebagai input
maupun
output,
dengan
menggunakan
fungsi
perintah
pinMode(),
digitalWrite(), dan digitalRead() yang menggunakan tegangan operasi 5V. Tiap
pin dapat menerima arus maksimal hingga 40 mA. Beberapa pin memiliki
fungsi khusus antara lain:
1. Serial
0 (RX) dan 1(TX). Sebagai penerima (RX) dan pemancar (TX) TTL
serial data. Pin ini terkoneksi untuk pin korespondensi chip ATmega
USB-toTTL serial.
2. External Interrupts
2 dan 3. Pin ini berfungsi sebagai konfigurasi trigger saat interupsi
value low, naik dan tepi, atau nilai sinyal yang berubah-ubah.
3. PWM
3,5,6,9,10, dan 11. Melayani output 8-bit PWM dengan fungsi
analogWrite()
4. SPI
10(SS),11(MOSI),12(MISO),13(SCK).
Pin
yang
mendukung
komunikasi SPI menggunakan SPI library
5. LED
Terdapat LED indikator bawaan yang terhubung ke digital pin 13.
Dimana ketika pin 13 bernilai HIGH LED akan menyala, dan pada
saat pin bernilai LOW maka LED akan mati.
Selain itu pada UNO juga terdapat 6 pin analog yaitu pin A0-A5.
Masing-masing memberikan 10 bit resolusi (1024). Pin ini akan mengolah
8
tegangan input analog antara 0-5V kedata digital antara 0 sampai 1023.
Beberapa fungsi khusus pada pin analog ini antara lain
1. TWI
A4 (SDA) dan A0 (SCL). Support TWI communication
menggunakan Wire library
2. AREF
Tegangan referensi untuk input analog dengan menggunakan
fungsi analogReference().
3. Reset
Menekan jalur LOW untuk mereset mikrokontroler, terdapat
tambahan tombol reset untuk melindungi salah satu blok.
2.2.
Sensor Pelampung Tangki Bensin
Pada kendaraan bermotor sensor yang digunakan untuk mengukur bahan bakar
pada tangki adalah sensor pelampung tangki bensin. Sensor ini bekerja dengan cara
mengikuti ketinggian dari bahan bakar yang terdapat pada tangki bensin.
Pelampung ini terhubung dengan sebuah potensiometer, sehingga besar
kecilnya hambatan dari potensiometer akan mengikuti dari kondisi apung-apung bensin
saat itu. Apabila kondisi bahan bakar dalam kondisi kosong maka hambatan yang
dihasilkan oleh potensiometer akan semakin kecil, sebaliknya jika bahan bakar dalam
tangki pada kondisi penuh maka hambatan yang dihasilkan oleh apung-apung bensin
akan semakin besar pula. Maka apabila potensiometer ini dihubungkan ke sumber
tegangan, keluaran dari tegangan akan berubah-ubah sesuai dengan hambatan yang
dihasilkan oleh potensiometer pada pelampung tangki bensin. Tegangan keluaran dari
sensor ini nantinya dapat dijadikan patokan untuk menentukan sisa bahan bakar yang
terdapat pada tangki kendaraan.[4]
9
Gambar 2.3. Contoh pelampung tangki bensin
Gambar 2.4. Skematik sensor pelampung pada kendaraan
10
Pelampung tangki bensin ini sudah dilengkapi dengan grip penahan
pelampung. Sehingga dapat meminimalisir perubahan data yang dikeluarkan oleh
pelampung bensin dikarenakan guncangan dari luar sepeda motor, bukan dikarenakan
berkurangnya bahan bakar pada tangki bahan bakar.
2.3.
Sensor Vehicles Speed
Sensor Vehicles Speed merupakan sensor magnetik yang digunakan untuk
mengukur putaran roda pada kendaraan bermotor. Sensor ini biasanya terletak pada
poros putar roda kendaraan bermotor. Untuk penempatannya tidak semua kendaraan
sama, akan tetapi kebanyakan pabrikan kendaraan bermotor memasang sensor ini pada
poros roda depan kendaraan. Akan tetapi ada beberapa pabrikan kendaraan yang
memasang sensor ini pada poros roda belakang.
Gambar 2.5. Sensor Vehicles Speed
Sensor ini akan mengeluarkan sinyal apabila terdapat logam yang melewati
magnet yang terdapat pada sensor. Dimana pada kendaraan, logam yang dibaca oleh
sensor ini berupa gear yang terdapat pada poros roda kendaraan, sehingga nantinya data
yang dikeluarkan dapat diolah untuk menentukan baik itu kecepatan kendaraan maupun
jarak yang ditempuh kendaraan tersebut.
11
Gambar 2.6. Contoh keluaran sinyal pada sensor Vehicles Speed [5]
Dengan menghitung jumlah sinyal yang dihasilkan oleh sensor ini maka akan
didapatkan jarak yang ditempuh oleh kendaraan. Sedangkan untuk menentukan
kecepatan dari kendaraan bisa didapat dari perhitungan frekuensi sinyal yang dihasilkan
oleh sensor ini.
Sensor ini membutuhkan tegangan sekitar 12V untuk dapat bekerja dengan
optimal. Sedangkan data keluaran yang dihasilkan oleh sensor ini sebesar 5V saat
sensor ini mendeteksi logam, dan menghasilkan keluaran hampir 0V saat tidak
mendeteksi adanya logam.
2.4.
Injector
Injector merupakan suatu alat yang digunakan untuk menyemprotkan bahan
bakar ke mesin sesuai dengan masukan sinyal dari Electronic Control Unit (ECU).
Injector akan berada pada posisi ON (terbuka) saat mendapat tegangan antara 9-12V.
12
Gambar 2.7. Injector
Pada motor ECU akan memberikan sinyal sebesar kurang lebih 35Vpp ke
injector (atau setara dengan 12Vrms). ECU akan membaca sensor-sensor yang terdapat
pada motor seperti sensor suhu, sensor bukaan gas, sensor O2, sensor putaran mesin,
dan sensor-sensor lain yang terdapat pada kendaraan yang mengirimkan data yang
diperlukan oleh ECU untuk mengatur pembakaran mesin kendaraan. ECU akan
menentukan jumlah bahan bakar yang diperlukan oleh mesin untuk mendapatkan
pembakaran yang sempurna dengan cara mengirimkan sinyal ke injector dengan
frekuensi tertentu, sehingga injector akan menyemprotkan bahan bakar sesuai dengan
kebutuhan.[6]
Sebelum masuk ke injector bahan bakar dari tangki bensin akan melalui sebuah
pompa yang berfungsi untuk menghasilkan tekanan yang stabil pada selang bensin yang
mesuk ke injector . Sehingga injector dapat menyemprotkan bahan bakar saat dalam
kondisi terbuka. Dan jumlah bahan bakar yang disemprotkan untuk setiap sinyal
memiliki jumlah yang sama.
13
2.5.
LCD 16x2
Liquid Crystal Display (LCD) adalah suatu media tampil yang menggunakan
kristal cair sebagai penampil utama. LCD merupakan salah satu jenis display elektronik
yang dibuat dengan menggunakan teknologi logika CMOS yang bekerja dengan tidak
menghasilkan cahaya tetapi memantulkan cahaya yang berada disekitarnya terhadap
front-light atau mentransmisikan cahaya dari back-light. LCD ini memiliki beberapa
fitur didalamnya yaitu terdiri dari 16x2 karakter display, memiliki 192 karakter
tersimpan, terdapat karakter generator terprogram, dapat dialamati dengan mode 4-bit
dan 8-bit, dan dilengkapi dengan back light. [7]
Gambar 2.8. LCD 16x2
14
Untuk konfigurasi dari pin LCD 16x2 dapat dilihat dari Tabel 2.2.
Tabel 2.2. Spesifikasi kaki-kaki LCD 16x2
Pin
Deskripsi
1
Ground
2
VCC
3
Pengatur kontras
4
“RS” Instruction/ Register Select
5
“R/W” Read/Write LCD register
6
“EN” Enable
7-14
Data I/O Pins
15
Not Conencted
16
Not Connected
15