Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Pemasak Air Otomatis untuk Menyeduh Kopi T1 612009705 BAB II

3

BAB II

LANDASAN TEORI

Pada bab ini akan dibahas dasar teori yang berhubungan dengan perancangan skripsi antara lain motor servo, LCD Keypad Shield, rangkaian pemantik, mikrokontroler arduino uno dan kompor gas.

2.1. Motor servo DC

Motor servo adalah sebuah perangkat atau aktuator putar (motor) yang dirancang dengan sistem kontrol umpan balik loop tertutup (servo), sehingga dapat di set-up atau di atur untuk menentukan dan memastikan posisi sudut dari poros output. Motor servo disusun dari sebuah motor DC, gearbox, variabel resistor (VR) atau potensiometer dan rangkaian kontrol[4]. sehingga dapat di set-up atau diatur untuk menentukan dan memastikan posisi sudut dari poros output motor. Serangkaian gear yang melekat pada poros motor DC akan memperlambat putaran poros dan meningkatkan torsi motor servo, sedangkan potensiometer dengan perubahan resistansinya saat motor berputar berfungsi sebagai penentu batas posisi putaran poros motor servo. Penggunaan sistem kontrol loop

tertutup pada motor servo berguna untuk mengontrol gerakan dan posisi akhir dari poros motor servo. Dengan penjelasan sederhana, posisi poros output akan dideteksi untuk mengetahui posisi poros sudah tepat seperti yang diinginkan atau belum, dan jika belum, maka kontrol input akan mengirim sinyal kendali untuk membuat posisi poros tersebut tepat pada posisi yang diinginkan[5].

4 2.2. Arduino LCD Keypad Shield

Display elektronik adalah salah satu komponen elektronika yang berfungsi sebagai

tampilan suatu data, baik karakter, huruf ataupun grafik. LCD (Liquid Crystal Display) adalah salah satu jenis display elektronik yang dibuat dengan teknologi CMOS logic yang bekerja dengan tidak menghasilkan cahaya tetapi memantulkan cahaya yang ada di sekelilingnya terhadap front-light atau mentransmisikan cahaya dari back-light. LCD berfungsi sebagai penampil data baik dalam bentuk karakter, huruf, angka ataupun grafik[6].

Dalam skripsi ini produk LCD yang dipakai adalah Arduino LCD Keypad Shield.

Shield ini memiliki komponen utama : display LCD 16x2 serta 6 buah push button, yaitu

select, up down,right, left dan tombol reset. Pin digital : 4, 5, 6, 7, 8, 9 dan 10 digunakan

sebagai interface LCD 16x2. Dan pin analog 0 digunakan untuk membaca kondisi ke enam tombol. LCD Keypad Shield mendukung pengaturan kontras dan warna latar. Tulisan pada LCD berwarna putih, dengan background biru. Shield ini pun sudah dipermudah dengan adanya library sendiri sehingga shield ini dipilih guna untuk mempermudah pembuatan skripsi ini[7].

. Gambar 2.2. LCD 16X2.

5

Gambar 2.3. Rangkaian LCD

Gambar 2.4. Rangkaian keypad LCD Tabel 2.1. Tabel Konfigurasi Pin Arduino Uno.

Nama Pin Fungsi

Pin 4 Data 4 display LCD

Pin 5 Data 5 display LCD

Pin 6 Data 6 display LCD

Pin 7 Data 7 display LCD

Pin 8 Data RS display LCD

Pin 9 Data E display LCD

Pin 10 Backlight Control

Pin A0 Tombol (select, Up, Right, Down dan Left)

D7 14 D6 13 D5 12 D4 11 D3 10 D2 9 D1 8 D0 7 E 6 RW 5 RS 4 VS S 1 VD D 2 VE E 3 R1

10 k V 5 7 6 5 4 9 8

6 2.3. Pemantik Kompor

Untuk memicu pembakaran gas, digunakan percikan bunga api listrik tegangan tinggi. Rangkaian ini sering dipakai pada alat pembasmi nyamuk atau raket nyamuk. Dengan memodifikasi rangkaian ini agar bisa dikendalikan oleh mikrokontroler, maka ditambahkan rangkaian saklar berupa relay, yang selanjutnya digerakan oleh tegangan TTL mikrokontroler. Agar menghasilkan percikan api, elektroda dari rangkaian pengusir nyamuk ini dibuat seperti busi pada pengapian motor bensin. Kedua elektroda dipasang berdekatan dan diletakkan dekat dengan tempat pembakaran gas.

Gambar 2.5. Rangkaian Pemantik Kompor.

7

Gambar 2.7. Rangkaian skematik Relay

2.4. Mikrokontroler Arduino Uno

Mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus, cara kerja mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis data. Mikrokontroler merupakan komputer didalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik, yang menekankan efisiensi dan efektifitas. Secara harafiah bisa disebut “pengendali kecil” dimana sebuah sistem elektronik yang sebelumnya banyak memerlukan komponen-komponen pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat direduksi/diperkecil dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler ini[8]. Salah satu mikrokontroler yang digunakan adalah Arduino. Arduino adalah perangkat elektronik open source yang di dalamnya terdapat komponen utama, yaitu sebuah chip mikrokontroler dengan jenis AVR dari perusahaan Atmel.

._{Arduino Uno merupakan mikrokontroler dengan basis ATMEGA328P yang}

memiliki 14 kaki digital input/output (dimana 6 kaki dapat digunakan sebagai keluaran

PWM), 6 input analog, clock speed 16MHz, koneksi USB, header ICSP, dan tombol reset. Hal inilah yang dibutuhkan untuk mendukung mikrokontroler secara mudah terhubung dengan kabel power USB atau kabel power supply adaptor AC ke DC atau baterai[8]. Dari segi memori Arduino Uno memiliki flash memory untuk menyimpan kode sebesar 32kB, SRAM 2kB, dan EEPROM 1kB[9].

8

Pada Gambar 2.4. merupakan susunan konfigurasi pin pada mikrokontroler Arduino Uno, berikut adalah penjelasan fungsi masing – masing tersebut:

1. Voltage In adalah masukan digital voltage supply.

2. Ground Pins adalah pinground.

3. Serial: 0 (RX) dan 1 (TX) digunakan untuk menerima (RX) dan mengirimkan (TX) data serial TTL.

4. Interupsi Eksternal: 2 dan 3. Pin ini di konfigurasikan untuk memicu interrupt

pada nilai yang rendah.

5. PWM: 3,5,6,9,10, dan 11. Menyediakan 8-bit output PWM dengan fungsi

analogWrite().

6. SPI: 10(SS), 11(MOSI), 12(MISO), 13(SCK). Pin ini mendukung komunikasi SPI menggunakan library SPI.

7. LED: 13. Terdapat LED pin digital 13 pada board. Ketika pin bernilai tinggi (HIGH), LED menyala (ON), ketika pin bernilai rendah (LOW), LED akan mati

(OFF).

8. Arduino Uno memiliki 6 input analog, berlabel A0 sampai A5 yang

masing-masing menyediakan 10 bit resolusi (yaitu 1024 nilai yang berbeda).

9. RESET. Jalur LOW ini digunakan untuk me-reset (menghidupkan ulang)

mikrokontroler. Jalur ini biasanya digunakan untuk menambahkan tombol reset

pada shield yang menghalangi papan utama Arduino. Gambar 2.8. Board Arduino Uno.

9 2.5. Kompor dan LPG

Kompor adalah alat masak yang menghasilkan panas tinggi. Kompor mempunyai ruang tertutup dari luar sebagai tempat bahan bakar diproses untuk memberikan pemanasan bagi barang-barang yang diletakkan di atasnya[10].

Gambar 2.9. Bentuk Fisik Dari Kompor.

Dalam penggunaan kompor ini menggunakan bahan bakar LPG. Dengan menambah tekanan pada wadahnya dan menurunkan suhunya, agar gas berubah menjadi cair dalam suhu kamar[11].

10 2.9. Katup

Katup adalah sebuah perangkat yang mengatur atau mengontrol suatu cairan maupun gas. Jenis katup yang digunakan adalah katup berjenis bola penuh, atau juga disebut full bore ball valve agar tidak ada kebocoran, dengan pengontrol aliran berbentuk disc bulat (seperti bola atau belahan). Bola tersebut memiliki lubang, yang berada di tengah sehingga ketika lubang tersebut segaris lurus atau sejalan dengan kedua ujung katup, maka aliran akan terjadi. Tetapi ketika katup tertutup, maka posisi lubang berada tegak lurus terhadap ujung katup sehingga aliran akan terhalang atau tertutup.

Katup dapat menahan hingga 1000 bar dan suhu hingga 482°F. Pada Gambar 2.11 menunjukkan bentuk fisik dari katup bola[12].

Gambar 2.11. Katup Bola.

11

2.10. Thermocouple

Thermocouple adalah sensor suhu yang banyak digunakan untuk mengubah

perbedaan suhu dalam benda menjadi perubahan tegangan listrik. Thermocouple yang sederhana dapat dipasang, dan memiliki jenis konektor standar yang sama, serta dapat mengukur temperatur dalam jangkauan suhu yang besar. Thermocuople yang sederhana dapat dipasang, dan memiliki jenis konektor standar yang sama, serta dapat mengukur temperatur dalam jangkauan suhu yang cukup besar dengan batas kesalahan pengukuran kurang dari 1°C. Thermocouple terdiri dari dua konduktor atau thermoelement yang berbeda, dihubungkan menjadi satu rangkaian seperti ini.

Gambar 2.13. Diagram skematikThermocuople

Thermocouple merupakan salah satu jenis sensor suhu yang sering digunakan dalam

berbagai rangkaian ataupun peralatan listrik yang berkaitan dengan suhu. Thermocouple

mempunyai respon yang cepat terhadap perubahan suhu dan juga rentang suhu operasional yang luas yaitu berkisar diantara -200°C hingga 2000°C. Thermocouple juga tahan terhadap goncangan atau getaran dan mudah digunakan. Ada berbagai jenis thermocouple, salah satunya tipe K, yang digunakan dalam pembuatan alat ini.

Ketika kedua persimpangan atau Junction memiliki suhu yang sama, maka tidak ada beda potensial atau tegangan listrik yang melalui dua persimpangan tersebut atau V1 = V2. Akan tetapi, ketika persimpangan yang terhubung dalam rangkaian diberikan suhu panas atau dihubungkan ke obyek pengukuran, maka akan terjadi perbedaan suhu diantara dua persimpangan tersebut yang kemudian menghasilkan tegangan listrik yang nilainya sebanding dengan suhu panas yang diterimanya atau V1 – V2. Tegangan Listrik yang ditimbulkan ini pada umumnya sekitar 1µV ~ 70µV pada tiap derajat celcius[13].

Dingin Panas

A

12

Gambar 2.14. Kontruksi Thermocouple

Gambar 2.15. IC max6675

Salah satu jenis komponen thermocouple adalah IC Max 6675, IC Max 6675 sendiri berfungsi untuk mengkonversi sinyal dari thermocouple tipe-K. IC Max 6675 kompatibel dengan protocol SPI mikrokontroller secara umum.

7

Gambar 2.7. Rangkaian skematik Relay

2.4. Mikrokontroler Arduino Uno

Mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus, cara kerja mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis data. Mikrokontroler merupakan komputer didalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik, yang menekankan efisiensi dan efektifitas. Secara harafiah bisa disebut “pengendali kecil” dimana sebuah sistem elektronik yang sebelumnya banyak memerlukan komponen-komponen pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat direduksi/diperkecil dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler ini[8]. Salah satu mikrokontroler yang digunakan adalah Arduino. Arduino adalah perangkat elektronik open source yang di dalamnya terdapat komponen utama, yaitu sebuah chip mikrokontroler dengan jenis AVR dari perusahaan Atmel.

._{Arduino Uno merupakan mikrokontroler dengan basis ATMEGA328P yang} memiliki 14 kaki digital input/output (dimana 6 kaki dapat digunakan sebagai keluaran PWM), 6 input analog, clock speed 16MHz, koneksi USB, header ICSP, dan tombol reset. Hal inilah yang dibutuhkan untuk mendukung mikrokontroler secara mudah terhubung dengan kabel power USB atau kabel power supply adaptor AC ke DC atau baterai[8]. Dari segi memori Arduino Uno memiliki flash memory untuk menyimpan kode sebesar 32kB, SRAM 2kB, dan EEPROM 1kB[9].

8

Pada Gambar 2.4. merupakan susunan konfigurasi pin pada mikrokontroler Arduino Uno, berikut adalah penjelasan fungsi masing – masing tersebut:

1. Voltage In adalah masukan digital voltage supply. 2. Ground Pins adalah pin ground.

3. Serial: 0 (RX) dan 1 (TX) digunakan untuk menerima (RX) dan mengirimkan (TX) data serial TTL.

4. Interupsi Eksternal: 2 dan 3. Pin ini di konfigurasikan untuk memicu interrupt pada nilai yang rendah.

5. PWM: 3,5,6,9,10, dan 11. Menyediakan 8-bit output PWM dengan fungsi analogWrite().

6. SPI: 10(SS), 11(MOSI), 12(MISO), 13(SCK). Pin ini mendukung komunikasi SPI menggunakan library SPI.

7. LED: 13. Terdapat LED pin digital 13 pada board. Ketika pin bernilai tinggi (HIGH), LED menyala (ON), ketika pin bernilai rendah (LOW), LED akan mati (OFF).

8. Arduino Uno memiliki 6 input analog, berlabel A0 sampai A5 yang masing-masing menyediakan 10 bit resolusi (yaitu 1024 nilai yang berbeda).

9. RESET. Jalur LOW ini digunakan untuk me-reset (menghidupkan ulang) mikrokontroler. Jalur ini biasanya digunakan untuk menambahkan tombol reset pada shield yang menghalangi papan utama Arduino.

9 2.5. Kompor dan LPG

Kompor adalah alat masak yang menghasilkan panas tinggi. Kompor mempunyai ruang tertutup dari luar sebagai tempat bahan bakar diproses untuk memberikan pemanasan bagi barang-barang yang diletakkan di atasnya[10].

Gambar 2.9. Bentuk Fisik Dari Kompor.

Dalam penggunaan kompor ini menggunakan bahan bakar LPG. Dengan menambah tekanan pada wadahnya dan menurunkan suhunya, agar gas berubah menjadi cair dalam suhu kamar[11].

10 2.9. Katup

Katup adalah sebuah perangkat yang mengatur atau mengontrol suatu cairan maupun gas. Jenis katup yang digunakan adalah katup berjenis bola penuh, atau juga disebut full bore ball valve agar tidak ada kebocoran, dengan pengontrol aliran berbentuk disc bulat (seperti bola atau belahan). Bola tersebut memiliki lubang, yang berada di tengah sehingga ketika lubang tersebut segaris lurus atau sejalan dengan kedua ujung katup, maka aliran akan terjadi. Tetapi ketika katup tertutup, maka posisi lubang berada tegak lurus terhadap ujung katup sehingga aliran akan terhalang atau tertutup.

Katup dapat menahan hingga 1000 bar dan suhu hingga 482°F. Pada Gambar 2.11 menunjukkan bentuk fisik dari katup bola[12].

Gambar 2.11. Katup Bola.

11 2.10. Thermocouple

Thermocouple adalah sensor suhu yang banyak digunakan untuk mengubah perbedaan suhu dalam benda menjadi perubahan tegangan listrik. Thermocouple yang sederhana dapat dipasang, dan memiliki jenis konektor standar yang sama, serta dapat mengukur temperatur dalam jangkauan suhu yang besar. Thermocuople yang sederhana dapat dipasang, dan memiliki jenis konektor standar yang sama, serta dapat mengukur temperatur dalam jangkauan suhu yang cukup besar dengan batas kesalahan pengukuran kurang dari 1°C. Thermocouple terdiri dari dua konduktor atau thermoelement yang berbeda, dihubungkan menjadi satu rangkaian seperti ini.

Gambar 2.13. Diagram skematik Thermocuople

Thermocouple merupakan salah satu jenis sensor suhu yang sering digunakan dalam berbagai rangkaian ataupun peralatan listrik yang berkaitan dengan suhu. Thermocouple mempunyai respon yang cepat terhadap perubahan suhu dan juga rentang suhu operasional yang luas yaitu berkisar diantara -200°C hingga 2000°C. Thermocouple juga tahan terhadap goncangan atau getaran dan mudah digunakan. Ada berbagai jenis thermocouple, salah satunya tipe K, yang digunakan dalam pembuatan alat ini.

Ketika kedua persimpangan atau Junction memiliki suhu yang sama, maka tidak ada beda potensial atau tegangan listrik yang melalui dua persimpangan tersebut atau V1 = V2. Akan tetapi, ketika persimpangan yang terhubung dalam rangkaian diberikan suhu panas atau dihubungkan ke obyek pengukuran, maka akan terjadi perbedaan suhu diantara dua persimpangan tersebut yang kemudian menghasilkan tegangan listrik yang nilainya sebanding dengan suhu panas yang diterimanya atau V1 – V2. Tegangan Listrik yang ditimbulkan ini pada umumnya sekitar 1µV ~ 70µV pada tiap derajat celcius[13].

Dingin Panas

A

12

Gambar 2.14. Kontruksi Thermocouple

Gambar 2.15. IC max6675

Salah satu jenis komponen thermocouple adalah IC Max 6675, IC Max 6675 sendiri berfungsi untuk mengkonversi sinyal dari thermocouple tipe-K. IC Max 6675 kompatibel dengan protocol SPI mikrokontroller secara umum.