Aplikasi sensor thermal array TPA81 pada robot pemadam api - USD Repository

  

TUGAS AKHIR

APLIKASI SENSOR THERMAL ARRAY TPA81 PADA

ROBOT PEMADAM API

Diajukan Untuk Memenuhi Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada

  

Program Studi Teknik Elektro

Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma

Disusun oleh:

ALDINOVA SAMUEL

  

NIM : 065114032

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

  

FINAL PROJECT

THERMAL ARRAY TPA81 SENSOR APPLICATION

ON THE FIRE FIGHTING ROBOT

Presented as a Partial Fulfillment of the Requirements for S1 Degree in Electrical

Engineering Department, Faculty of Science and Technology, Sanata Dharma University

by:

ALDINOVA SAMUEL

  

Student Number : 065114032

ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP

  MOTTO :

“Kalau telah berusaha keras tetapi menemui kegagalan terus menerus, maka

jangan pernah berhenti mencoba. Karena kegagalan yang sebenarnya adalah

apabila berhenti untuk mencoba”

  

“Apabila di dalam diri seseorang masih ada rasa malu dan takut untuk berbuat

suatu kebaikan, maka jaminan bagi orang tersebut adalah tidak akan

bertemunya ia dengan kemajuan selangkah pun. ~ Bung Karno”

“Banyak kegagalan dalam hidup ini dikarenakan orang-orang tidak menyadari

betapa dekatnya mereka dengan keberhasilan saat mereka menyerah. ~

Thomas Alva Edison”

  Tugas Akhir ini kupersembahkan untuk….

  Bapa di Surga yang selalu membimbingku

  

INTISARI

Kontes Robot Cerdas Indonesia (KRCI) adalah suatu kontes robot tingkat nasional

yang diikuti oleh hampir seluruh perguruan tinggi di Indonesia. Pada KRCI 2011

dipertandingkan dua divisi yaitu divisi beroda dan divisi battle. Divisi beroda

mempertandingkan robot yang bertugas untuk memadamkan lilin dalam sebuah model

denah rumah. Robot bertugas untuk mencari lilin yang sudah ditempatkan pada salah satu

ruangan dalam model tersebut.

  Pada penelitian ini, penulis membahas tentang sensor Thermal Array TPA81

sebagai salah satu sensor yang umum digunakan dalam Kontes Robot Cerdas Indonesia

sebagai sensor pendeteksi api. Dengan pengujian pemindaian titik api dalam sebuah

ruangan melalui variasi dari jarak, sudut dan pemberian halangan akan menghasilkan

karakteristik dari sensor TPA81. Pengambilan dan pengolahan data menggunakan

mikrokontroller ATmega32,dan data ditampilkan menggunakan LCD 16×32. Setelah

diketahui keberadaan dari api lilin maka pemadaman api dilakukan dengan menggunakan

penyemprot air yang dibantu dengan Motor Servo agar area penyemprotan lebih luas.

  Sensor Thermal Array TPA81 telah diimplementasikan pada robot pemadam api

dan telah diuji. Sensor thermal array berhasil memindai api dalam ruangan dari jarak 3cm

sampai dengan 210cm dan sudut 6° sampai dengan 10°. Namun robot belum bisa

memadamkan api dengan baik.

  Kata Kunci : Thermal Array, Motor Servo, ATmega32

  

ABSTRACT

Indonesian smart robot contest is a robot contest in a national level which been

follow by almost all of university in Indonesia. On KRCI 2011 being competed two

division, that is wheeled division and battle division. On wheeled division, two robot

compete to extinguish fire in a model house. The robot will be in charge to find out a

candle placed in a model house.

  In this research, writer discuss about Thermal Array TPA81 sensor as a one of a

sensor usually use in a robotic contest as a fire detector sensor. In a fire scanning test in a

room through a variation from a distance, angle and an obstacle will produce a

characteristics from the TPA81 sensor. Taking and processing the data using a Atmega 32

controller and the data shown using 16x32 LCD screen. After known the presence of the

fire from the candle, then the fire extinction do using a water sprayers helped by a servo

motor for a wider spraying area.

  The thermal array sensor has been implemented on the fire fighting robot and

tested. The thermal array sensor was able to scan fire in a room from distance 3cm to

210cm and from 6° until 10°. But the robot was not able to extinguish the fire.

  Keyword : Thermal array, Motor Servo, ATMega 32

KATA PENGANTAR

  Ucapan syukur dan terima kasih kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala penyertaan

dan bimbingannya sehingga tugas akhir dengan judul “APLIKASI SENSOR THERMAL

ARRAY TPA81 PADA ROBOT PEMADAM API” ini dapat diselesaikan dengan baik.

  Selama menulis tugas akhir ini, penulis menyadari bahwa ada begitu banyak pihak

yang telah memberikan bantuan dengan cara masing-masing, sehingga tugas akhir ini bisa

diselesaikan. Oleh karena itu penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada : 1. Orangtua dan adik-adik ku tercinta atas doa dan kesabarannya.

  2. Bapak Martanto,S.T.,M.T., selaku pembimbing yang penuh kesabaran memberikan saran dan kritik yang membantu penulis menyelesaikan tulisan ini.

  3. Ibu Prima Ari Setiyani selaku pembimbing akademik Teknik Elektro yang telah banyak memberikan saran dalam pembuatan tulisan ini.

  4. Ibu Wuri Harini sebagai ketua jurusan Teknik Elektro yang telah banyak memberikan saran dalam pembuatan tulisan ini.

  5. Bapak Tjendro selaku dosen Teknik Elektro yang telah banyak memberikan saran dalam pembuatan tulisan ini.

  6. Teman-temanku sekalian, Christian Andi sebagai kakak pertama dan Yohanes Osie Handoyo sebagai kakak kedua yang banyak memberikan dorongan dan semangat juga memberikan pinjaman jas untuk ujian.

  7. Seluruh dosen dan laboran teknik elektro yang memberikan ilmu dan pengetahuan selama kuliah, dan pihak-pihak lain yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah membantu penulis. Dengan rendah hati penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna,

oleh karena itu berbagai kritik dan saran untuk perbaikan tugas akhir ini sangat diharapkan.

Akhir kata, semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak. Terima Kasih Yogyakarta, 18 Oktober 2011

  

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL .................................................................................. i

  

HALAMAN PERSETUJUAN ................................................................... ii

HALAMAN PENGESAHAN .................................................................... iii

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ..................................................... iv

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTO HIDUP .............................. v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH

UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ................................................... vi

  

INTISARI ............................................................................................. vii

ABSTRACT ............................................................................................. viii

KATA PENGANTAR ............................................................................... ix

DAFTAR ISI ............................................................................................. xi

DAFTAR GAMBAR .................................................................................. xiv

DAFTAR TABEL ...................................................................................... xvi

BAB I. PENDAHULUAN .............................................................

  1 1.1. Latar Belakang ...............................................................................

  1 1.2. Tujuan dan Manfaat .......................................................................

  2 1.3. Batasan Masalah .............................................................................

  2 1.4. Metodologi Penelitian ....................................................................

  2 1.5. Sistematika Penulisan ....................................................................

  3 BAB II. DASAR TEORI ................................................................

  4 2.1. Sensor Api Thermal Array TPA81 ..................................................

  4

2.1.1 Karakteristik Thermal Array TPA81 [1] ............................

  4

2.1.2 Field of View (FOV) ...........................................................

  4

2.1.3 Jalur Komunikasi [1] ...........................................................

  5

2.1.4 Register [1] ..........................................................................

  5 2.2. Sistem Jalur Komunikasi I2C .........................................................

  6

  2.3. Mikrokontroller ATmega32 ............................................................

  23 BAB III. RANCANGAN PENELITIAN .........................................

  32

3.3.2. Flowchart Pengecekan Ruangan .........................................

  32

3.2.1. Flowchart Robot FireFighter ..............................................

  31 3.3. Perancangan Software ....................................................................

  30

3.2.7. Aktuator ........................................................................

  29

3.2.6. Driver Motor DC ................................................................

  28

3.2.5. Regulator Tegangan ............................................................

  28

3.2.4. Driver Motor Penyemprot Air DC ......................................

  27

3.2.3. Jalur I2C ........................................................................

  26

3.2.2. Sistem Minimum ................................................................

  26

3.2.1. Spesifikasi Robot ...............................................................

  25 3.2. Perancangan Hardware ...................................................................

  25 3.1. Diagram Blok ..................................................................................

  23 2.12. Furniture .........................................................................

  11

2.3.1 Fitur ATmega32 ..................................................................

  22 2.11. Dudukan lilin .........................................................................

  21 2.10. Alas Lilin .........................................................................

  20 2.9. Lilin .........................................................................

  19 2.8. Denah Ruangan .........................................................................

  18 2.7. Motor Servo Tower Pro SG-5010 [9]..............................................

  17 2.6. Rangkaian LCD .........................................................................

  16 2.5. Driver Motor DC .........................................................................

  15

2.4.2 Driver Pompa Air DC .........................................................

  15

2.4.1 Jalur I2C [15] ......................................................................

  14 2.4. Regulator Tegangan dan Driver Motor Pompa ...............................

  13

2.3.4 Jalur I2C [15] ......................................................................

  12

2.3.3 Memori AVR ......................................................................

  11

2.3.2 Arsitektur AVR [1] .............................................................

  33

  BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN .........................................

  37 4.1. Hasil Pengujian Plant ......................................................................

  37 4.2. Hasil Pengujian Plant Terhadap Gangguan ....................................

  43 4.3. Tampilan Pada LCD .......................................................................

  45 4.4. Pengujian Pemadaman Api ............................................................

  45

4.3.1. Kecepatan Pemindaian Sensor ............................................

  46

4.3.2. Pengecekan Ruangan ..........................................................

  46

4.3.3. Pemadaman Api ..................................................................

  46 4.5. Pengujian Driver Motor DC ...........................................................

  48 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ........................................

  49 DAFTAR PUSTAKA ...............................................................................

  50 LAMPIRAN .......................................................................................

  51

  

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 2.1 Sudut pandang TPA81 [1] ................................................

  19 Gambar 2.16 Denah Ruangan ................................................................

  28 Gambar 3.6 Regulator dengan Eksternal pass transistor .....................

  28 Gambar 3.5 Skematik driver motor penyemprot .................................

  27 Gambar 3.4 Pengkabelan jalur I2C ......................................................

  26 Gambar 3.3 Skematik minimum sistem ATmega32 ............................

  25 Gambar 3.2 Gambar sketsa robot .........................................................

  24 Gambar 3.1 Diagram blok ....................................................................

  23 Gambar 2.21 Furniture ...........................................................................

  22 Gambar 2.20 Bentuk dan Dudukan Lilin ...............................................

  22 Gambar 2.19 Bentuk dan Ukuran Ketiga Alas Lilin ..............................

  21 Gambar 2.18 Bentuk dan Ukuran Alas Lilin .........................................

  20 Gambar 2.17 Bentuk dan Ukuran Lilin ..................................................

  19 Gambar 2.15 Konfigurasi kabel motor servo [9] ...................................

  4 Gambar 2.2 Konfigurasi pin TPA81 [1] ..............................................

  17 Gambar 2.14 Rangkaian LCD ................................................................

  16 Gambar 2.13 Rangkaian Driver Motor DC ...........................................

  15 Gambar 2.12 Rangkaian Driver Pompa Air DC [8] ..............................

  13 Gambar 2.11 Regulator dengan eksternal pass transistor [6] .................

  12 Gambar 2.10 Peta memori ATmega32 [4] .............................................

  11 Gambar 2.9 Blok diagram mikrokontroller AVR [4] ..........................

  10 Gambar 2.8 ATmega32 [4] ..................................................................

  9 Gambar 2.7 Sinyal alamat dan data [3] .................................................

  9 Gambar 2.6 Data transfer pada jalur I2C [3] .......................................

  8 Gambar 2.5 Transfer bit pada jalur I2C [3] .........................................

  7 Gambar 2.4 Gambar untuk sinyal start dan stop [3] ............................

  5 Gambar 2.3 Implementasi jalur I2C [3] ...............................................

  29

Gambar 3.8 Rancangan Penggerak robot ............................................

  31 Gambar 3.9 Flowchart Robot Fire Fighter .........................................

  32 Gambar 3.10 Flowchart Pengecekan Ruangan ......................................

  34 Gambar 3.11 Flowchart Sub Sistem TPA81[1] .....................................

  36 Gambar 4.1 Bentuk Robot yang Digunakan ........................................

  37 Gambar 4.2 Grafik Pengujian dengan sudut titik api 0˚ terhadap robot

  38 Gambar 4.3 Grafik Pengujian dengan sudut titik api 10˚ terhadap robot

  39 Gambar 4.4 Grafik Pengujian dengan sudut titik api 20˚ terhadap robot

  40 Gambar 4.5 Grafik Pengujian dengan sudut titik api -10˚ terhadap robot

  40 Gambar 4.6 Grafik Pengujian dengan sudut titik api -20˚ terhadap robot

  41 Gambar 4.7 Skema Pengujian Pemindaian Titik Api dengan Halangan

  43 Gambar 4.8 Grafik Pengujian dengan halangan ...................................

  44 Gambar 4.9 Hasil tampilan LCD ..........................................................

  45 Gambar 4.10 Pola Penyemprot Air .........................................................

  47

  

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 2.1 Register pada TPA81 [1] ...................................................

  5 Tabel 2.2 Deskripsi pin LCD ............................................................

  18 Tabel 4.1 Pengujian dengan sudut titik api 0˚ terhadap robot ..........

  38 Tabel 4.2 Pengujian dengan sudut titik api 10˚ terhadap robot ........

  39 Tabel 4.3 Pengujian dengan sudut titik api 20˚ terhadap robot ........

  39 Tabel 4.4 Pengujian dengan sudut titik api -10˚ terhadap robot ......

  40 Tabel 4.5 Pengujian dengan sudut titik api -20˚ terhadap robot ......

  41 Tabel 4.6 Sudut dan Pixel yang mendeteksi ....................................

  42 Tabel 4.7 Pengujian dengan halangan ..............................................

  44 Tabel 4.8 Pengujian terhadap driver motor DC ...............................

  48

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Kontes Robot Cerdas Indonesia (KRCI) adalah suatu kontes robot tingkat nasional

yang diikuti oleh hampir seluruh perguruan tinggi di Indonesia.Pada KRCI 2010

dipertandingkan dua divisi yaitu divisi beroda dan divisi battle.Divisi beroda

mempertandingkan robot yang bertugas untuk memadamkan lilin dalam sebuah model denah

rumah.Robot bertugas untuk mencari lilin yang sudah ditempatkan pada salah satu ruangan

dalam model tersebut.

  Sebagai pendeteksi keberadaan api, robot dilengkapi dengan sensor api. Pada robot

dapat digunakan satu atau lebih sensor api untuk mendapatkan pembacaan yang akurat. Sensor

yang umum dipakai adalah UVTron dan Thermal Array TPA81. Masing-masing sensor

memiliki karakteristik pembacaan api yang berbeda satu dengan yang lainnya.

  Pada penelitian ini penulis memilih sensor TPA81karena bila dibandingkan dengan

UVTron, sensor ini memiliki beberapa kelebihan, sebagai contoh adalah dari dimensi sensor

TPA81yang lebih kecil yang memberikan keuntungan dalam penempatannya pada robot.

  Salah satu kelebihanlain sensor jenis Thermal Array TPA81dengan sensor api jenis

lain, sebagai contoh UVTron adalah sensor Thermal Array TPA81dapat mendeteksi suhu pada

8 titik sekaligus.Hal ini dikarenakan didalam TPA81terdapat 8 buah sensor Thermopile yang

masing-masing memiliki sudut pandang (Field of View) tertentu[1].Kelebihan lain dari sensor

ini adalah sensor ini menggunakan jalur komunikasi data teknologi I2C (Inter Intergrated

Circuit) yang hanya menggunakan dua buah kabel saja yaitu SDA untuk jalur data dan

SCKuntuk jalur clock.Penggunaan jalur komunikasi I2C sangat menguntungkan apabila

sensor akandihubungkan ke microcontroller, TPA81dapat dipasang sebanyak 8 buah secara

paralel tanpa menambah jalur komunikasi.Selain dapat mengeluarkan data suhu,TPA81juga

dapat mengendalikan motor servo.

  Dalam proses pemadaman api, penyemprot menggunakan motor DC sebagai

penyemprot air. Pergerakan penyemprot air dibantu dengan motor servo. Hal ini dimaksudkan

agar area penyemprotan lebih luas, sehingga api padam.

1.2 Tujuan dan Manfaat

  Tujuan dilakukan penelitian ini adalah mendapatkan karakteristik dari sensor TPA81 dalam pembacaan api pada robot pemadam api.

  Manfaat dari penelitian ini adalah a) Untuk melakukan pembacaan api yang akurat.

b) Dapat digunakan sebagai referensi oleh mahasiswa lain untuk mengembangkan kreatifitas yang berhubungan dengan sensor api.

1.3 Batasan Masalah

  Batasan masalah pada penelitian ini adalah : a) Sensor api menggunakan Thermal Array TPA81.

  b) Jalur penghubung antara sensor Thermal Array TPA81 menggunakan sistem jalur komunikasi I2C.

  c) Mikrokontroller ATMega 32 d) MotorServoTower Pro SG-5010digunakan sebagai penggerak penyemprot.

  e) Penyemprot air menggunakan pompa air DC.

1.4 Metodologi Penelitian

  Metode yang digunakan dalam penelitian adalah mengumpulkan referensi dari

berbagai sumber, buku literatur, internet dan sebagainya. Kemudian menyusun perancangan

dan melakukan serangkaian percobaan untuk menguji hasil rancangan.

  Pengujian dilakukan dengan memberikan gangguan pada sistem dengan cara merubah

posisi letak api terhadap sensor, jarak, sudut, halangan, menguji kecepatan baca sensor

terhadap perubahan posisi letak api dan pengujian terhadap pompa dan driver motor.

  Hasil yang ingin dicapai adalah menghasilkan suatu data karakteristik pembacaan api oleh sensor TPA81 sehingga dapat digunakan sebagai referensi untuk penelitian selanjutnya.

1.5 Sistematika Penulisan

  Tugas Akhir ini memiliki sistematika penulisan sebagai berikut:

BAB I : Pendahuluan BAB ini berisi latar belakang penelitian, tujuan dan manfaat penelitian, batasan masalah, metodologi penelitian dan sistematika penulisan. BAB II : DASAR TEORI BAB ini berisi tentang studi pustaka landasan teori penelitian Sensor api Thermal Array TPA81, Sistem jalur komunikasi I2C, Mikrokontroller ATMega 32, MotorServoTower Pro SG-5010, driver motor DC yang digunakan sebagai pompa penyemprot air. BAB III : RANCANGAN PENELITIAN BAB ini berisi tentang diagram blok perancangan, perancangan perangkat keras (Hardware) dan perancangan perangkat lunak (Software) dari peralatan yang akan dibuat. BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN BAB ini berisi tentang hasil perancangan perangkat keras, data hasil pengujian, analisis data dan pembahasan. BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN BAB ini berisi tentang kesimpulan akhir dan saran-saran penulis tentang alat yang dibuat.

BAB II DASAR TEORI

2.1 Sensor Api Thermal Array TPA81

  2.1.1 Karakteristik Thermal ArrayTPA81 [1] TPA81 dapat mendeteksi sinar inframerah dengan panjang gelombang 2µm-22µm

  

(1mikrometer = sepersejuta meter)[1]. Panjang gelombang ini dihasilkan oleh benda-benda

yang panas.Oleh karena yang dideteksi adalah radiasi panasnya saja, maka TPA81 dapat

mengukur suhu panas tanpa harus menyentuh sumber panas. Sebagai gambaran, TPA81 dapat

mendeteksi suhu api lilin dalam jarak 2 meter tanpa terpengaruh cahaya ruangan.

  2.1.2 Field of View (FOV) TPA81dapat mendeteksi suhu pada 8 titik sekaligus. Karena didalam TPA81 terdapat 8

buah sensor thermophile yang masing-masing memiliki sudut pandang (Field of View) 5,12˚

terhadap sumbu horizontal dan 6˚ terhadap sumbu vertikal. Jadi dapat dilihat dari gambar 2.1

total sudut pandangnya adalah 41˚ pada posisi horizontal dengan 6˚ pada posisi vertical.

Gambar 2.1 Sudut Pandang TPA81 [1]

  2.1.3 Jalur Komunikasi [1] Jalur komunikasi data TPA81 menggunakan teknologi I2C (Inter-Intergrated Circuit)

yang menggunakan 2 kabel saja yaitu SDA untuk jalur data dan SCK untuk jalur clock. Jika

dihubungkan dengan Mikrokontroller, TPA81 dapat dipasang paralel sebanyak 8 buah tanpa

menambahkan jalur komunikasi. Hanya perlu menambahkan resistor pull-up 1K8 pada jalur

SDA dan SCK. Selain dapat mengeluarkan data suhu, TPA81 dapat juga mengendalikan

sebuah motor servo.

Gambar 2.2. Konfigurasi Pin TPA81 [1]

  2.1.4 Register [1] Didalam TPA81 terdapa 10 buah register yang dapat kit abaca maupun kita tulisi, yaitu

Tabel 2.1 Register pada TPA81 [1]

  Register Read Write Software Revision Command Register

  1 Ambient Temperature Servo Range

  2 Pixel 1 Temperature ˚C N/A

  3 Pixel 2 Temperature ˚C N/A

  4 Pixel 3 Temperature ˚C N/A

  5 Pixel 4 Temperature ˚C N/A

Tabel 2.1 (Lanjutan) Register pada TPA81 [1]

  Register Read Write

  6 Pixel 5 Temperature ˚C N/A

  7 Pixel 6 Temperature ˚C N/A

  8 Pixel 7 Temperature ˚C N/A

  9 Pixel 8 Temperature ˚C N/A Hanya register 0 dan 1 yang dapat ditulisi. Register 0 adalah command register yang

digunakan untuk mengatur posisi servo dan untuk mengubah addressTPA81. Register ini tidak

bisa dibaca. Membaca register 0 akan menghasilkan pembacaan Software Revision. Menulisi

Register 1 akan mengatur range servo. Membaca register 1 akan membaca suhu ambient.

  Ada 9 suhu yang bisa dibaca, semuanya dalam derajat celcius (˚C). Register 1

menyimpan suhu ambient yang dibaca sensor. Register 2-9 adalah 8 pixel suhu. Pembacaan

suhu akan akurat setelah 40ms sensor mengarah pada posisi baru.

2.2 Sistem jalur komunikasi I2C

2.2.1 Latar Belakang dan Konsep I2C

  Tujuan dari pembuatan desain jalur komunikasi I2C adalah agar didapatkan desain

elektronikringkas dan fleksibelsehingga ukuran fisik IC diperkecil dan jumlah pin

diminimalkan[2].

  Perusahaan semikonduktor mengembangkan cara baru komunikasi antar IC yang lebih

akomodatif terhadap tuntutan diatas, maka sebagai alternatif dari hubungan antar IC secara

paralel (parallel bus). Salah satu metode adalah IIC (sering ditulis juga I2C) singkatan dari

Inter Integrated Circuit bus dikembangkan oleh Philips Semiconductor 1992. konsep dasar komunikasi 2 arah antar IC dan/atau antar sistem secara serial

menggunakan 2 kabel.Sistem bus Inter-IC, yang umumnya dikenal sebagai bus I2C, adalah

sebuah control bus yang menyediakan jalur komunikasi antara integrated circuits dalam

  

sebuah sistem dengan menggunakan pin yang sangat sedikit. Sistem ini dikembangkan oleh

Philips pada awal tahun 1980-an, bus dua kabel sederhana ini dengan bantuan sebuah protokol

software-defined telah menjadi standar di seluruh dunia untuk sistem kontrol mengenai

berbagai macam hal mulai sensor temperatur sampai dengan EEPROM, general-purpose I/O,

A/D and D/A converters, dan semua jenis microprocessors.

Gambar 2.3 menunjukkan implementasi dari jalur I2C. Dengan I2C hanya membutuhkan dua jalur untuk berkomunikasi antar perangkat. Kita tidak memerlukan address

  

decoder untuk mengimplementasi jalur I2C. Dua jalur tersebut adalah SDA (Serial

Data) danSCL (Serial Clock). SCL merupakan jalur yang digunakan untuk mensinkronisasi

transfer data pada jalur I2C, sedangkan SDA merupakan jalur untuk data[3]. Beberapa

perangkat dapat terhubung ke dalam jalur I2C yang sama dimana SCL dan SDA terhubung ke

semua perangkat tersebut, hanya ada satu perangkat yang mengontrol SCL yaitu perangkat

master. Jalur dari SCL dan SDA ini terhubung dengan pull-up resistor yang besar

resistansinya tidak menjadi masalah (bisa 1K, 1.8K, 4.7K, 10K, 47K atau nilai diantara range

tersebut).

Gambar 2.3 Implementasi Jalur I2C [3] Dengan adanya pull-up disini, jalur SCL dan SDA menjadi open drain, yang

  

maksudnya adalah perangkat hanya perlu memberikan output 0 (LOW) untuk membuat jalur

menjadi LOW, dan dengan membiarkannya pull-up resistor sudah membuatnya HIGH.

Umumnya dalam I2C ada satu perangkat yang berperan menjadi master (meskipun

dimungkinkan beberapa perangkat, dalam jalur I2C yang sama, menjadi master) dan satu atau

beberapa perangkat slave. Dalam jalur I2C, hanya perangkat master yang dapat mengontrol

jalur SCL yang berarti transfer data harus diinisialisasi terlebih dahulu oleh perangkat master

melalui serangkaian pulsa clock (slave tidak bisa, tapi ada satu kasus yang disebut

clockstreching). Tugas perangkat slave hanya merespon apa yang diminta master. Slave dapat

  

memberi data ke master dan menerima data dari master setelah server melakukan inisialisasi.

Misalkan mikrokontroler (uC) adalah perangkat master yang terhubung dalam satu I2C

dengan perangkat-perangkat slave seperti modul pengendali motor servo, modul kompas,

sensor TPA81 dan sensor lainnya.

Gambar 2.4 menunjukkan sinyal untuk start dan stop. Sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya, bahwa master terlebih dahulu menginisialisasi sebelum memulai transfer data

  

antara slave-nya. Inisialisasi diawali dengan sinyal START (transisi high ke low pada jalur

SDA dan kondisi high pada jalur SCL, lambang S pada gambar 2), lalu transfer data dan

sinyal STOP (transisi low ke high pada jalur SDA dan kondisi high pada jalur SCL, lambang P

pada gambar 2) untuk menandakan akhir transfer data.

Gambar 2.4 Gambar untuk sinyal Start dan Stop [3]

  ͘

Gambar 2.5 menunjukkan transfer bit pada jalur I2C Banyaknya byte yang dapat dikirimkan dalam satu transfer data itu tidak ada aturannya. Jika transfer data yang ingin

  

dilakukan sebesar 2 byte, maka pengiriman pertama adalah 1 byte dan setelah itu 1 byte. Setiap

byte yang di transfer harus diikuti dengan bit Acknowledge (ACK) dari si penerima,

menandakan data berhasil diterima. Byte yang dikirim dari pengirim diawali dari bit MSB.

  

Saat bit dikirim, pulsa clock (SCL) di set ke HIGH lalu ke LOW. Bit yang dikirim pada jalur

SDA tersebut harus stabil saat periode clock (SCL) HIGH. Kondisi HIGH atau LOW dari jalur

data (SDA) hanya dapat berubah saat kondisi sinyal SCL itu LOW.

Gambar 2.5 Transfer Bit pada jalur I2C [3]Gambar 2.6 menunjukkan data transfer pada jalur I2C. Setiap pulsa clock itu dihasilkan (di jalur SCL) untuk setiap bit (di jalur SDA) yang ditransfer. Jadi untuk

  

pengiriman 8 bit akan ada 9 pulsa clock yang harus dihasilkan (1 lagi untuk bit ACK).

Kronologi sebelum perangkat penerima memberikan sinyal ACK adalah sebagai berikut: saat

pengirim selesai mengirimkan bit ke-8, pengirim melepaskan jalur SDA ke pull-up sehingga

menjadi HIGH. Saat kondisi tersebut terjadi, penerima harus memberikan kondisi LOW ke

SDA saat pulsa clock ke-9 berada dalam kondisi HIGH.

Gambar 2.6 Data Transfer Pada Jalur I2C[3] Jika SDA tetap dalam kondisi HIGH saat pulsa clock ke-9, maka ini didefinisikan

  

sebagai sinyal Not Acknowledge (NACK). Master dapat menghasilkan sinyal STOP untuk

menyudahi transfer, atau mengulang sinyal START untuk memulai transfer data yang baru.

Ada 5 kondisi yang menyebabkan NACK:

  1. Tidak adanya penerima dengan alamat yang diminta pada jalur, sehingga tidak ada perangkat yang merespon ACK.

  2. Penerima tidak dapat menerima atau mengirim karena sedang mengeksekusi fungsi lain dan tidak siap untuk memulai komunikasi dengan master.

  3. Pada saat transfer data, penerima mendapatkan data atau perintah yang tidak dimengerti oleh penerima.

  4. Pada saat transfer data, penerima tidak dapat menerima lagi byte data yang dikirimkan.

  5. Penerima-master perlu memberi sinyal pengakhiran transfer data ke penerima- slave.

Gambar 2.7 menunjukkan sinyal alamat dan data. Pengalamatan dalam I2C bisa 7 bit atau 10 bit. Pengalamatan 10 bit jarang digunakan dan juga tidak dibahas di sini. Semua

  

perangkat (uC dan modul-modul) yang terhubung ke dalam jalur I2C yang sama dapat

dialamati sebanyak 7 bit. Ini berarti sebuah jalur I2C dengan pengalamatan 7 bit dapat

menampung 128 (2^7) perangkat. Saat mengirimkan data alamat (yang 7 bit itu), kita tetap

mengirim data 1 byte (8 bit). 1 bit lagi digunakan untuk menginformasikan perangkat slave

apakah master menulis (write) data ke slave atau membaca (read) data dari slave. Jika bit

tersebut 0, maka master menulis data ke slave. Jika bit tersebut 1, maka master membaca data

dari slave. Bit ini (untuk infomasi tulis/baca) merupakan LSB, sedangkan sisanya adalah data

alamat 7 bit. Berikut adalah contoh sinyal yang dimulai dengan data alamat lalu data yang

ingin ditransfer ke alamat tersebut:

Gambar 2.7 Sinyal alamat dan data [3]

2.3 Mikrokontroller ATMega 32

  Mikrokontroler adalah sebuah sistem mikroprosesor dimana didalamnya sudah

terdapat CPU, ROM, RAM, I/O, Clock dan peralatan internal lainnya yang sudah saling

terhubung dan terorganisasi dengan baik oleh pabrik pembuatnya dan dikemas dalam satu chip

yang siap pakai. Gambar 2.2 menunjukkan konfigurasi dari port-port yang terdapat pada

ATmega 32.

  Gambar 2.8ATmega32 [4]

2.3.1 Fitur ATmega32

  Berbagai macam fitur dihadirkan dalam sebuah IC ATmega32, yang terdapat

didalamnya adalah dua buah 8-bit Timer/counter dengan prescaler terpisah dan mode

pembanding, Satu buah 16-bit Timer/Counter dengan prescaler terpisah, mode pembanding,

dan mode penangkap, Real Time counter dengan oscillator terpisah, PWM 4-channel, 8-

channel, 10 bit ADC, Orientasi Byte untuk Two wire Serial Interface, Programmable Serial

USART, Master/slave SPI Serial Interface, Programmable watchdog timer dengan on-chip

oscillator terpisah[4].

2.3.2 Arsitektur AVR [4]

  Aritmetic Logic Unit (ALU) adalah processor yang bertugas mengeksekusi kode

program yang ditunjuk oleh program counter. Gambar 2.3 adalah gambaran blok diagram pada

ATmega32.

  Program memori adalah memori flash PEROM yang bertugas menyimpan program

(software) yang dibuat dalam bentuk kode-kode program (berisi alamat memori serta kode

program dalam ruangan memori alamat tersebut) yang telah di compile berupa bilangan

heksadesimal atau biner.

  

Gambar 2.9Blok diagram Mikrokontroler AVR [4]

Program Counter (PC)adalah komponen yang bertugas menunjukan ke ALU alamat

memori yang harus diterjemahkan kode programnya dan dieksekusi. Sifat dasar dari PC

adalah menghitung naik satu bilangan yang bergantung pada alamat awal.

  32 General Purphose Working Register (GPR) adalah register file atau register kerja

(R -R ) yang mempunyai ruangan 8-bit. Tugas GPR adalah sebagai tempat ALU

31 mengeksekusi kode-kode program, setiap instruksi pada ALU melibatkan GPR.

  Static Random Accses Memory (SRAM) adalah RAM yang bertugas untuk menyimpan data sementara sama seperti RAM pada umumnya mempunyai alamat dan ruangan data.

  Internal Pheripheral adalah peralatan/modul internal yang ada dalam mikrokontroler

seperti saluran I/O, Interupsi eksternal, Timer/Counter, USART, EEPROM dan lain-lain. Tiap

  

peralatan internal mempunyai registerport (resister I/O) yang menggendalikan peralatan

internal tersebut.

2.3.3 Memori AVR

Gambar 2.4 menunjukkan peta memori dari ATmega 32. Memori ATmega terbagi menjadi tiga,yaitu:Gambar 2.10 Peta Memori ATmega [4]

  1. Memori Flash Adalah memori ROM tempat kode-kode program berada. Kata flash menunjukan jenis ROM yang dapat ditulis dan dihapus secara elektrik. Memori flash terbagi dua bagian yaitu bagian aplikasi dan bagian boot. Bagian aplikasi adalah bagian kode-kode program aplikasi berada. Bagian boot adalah bagian yang digunakan khusus untuk booting awal yang dapat deprogram untuk menulis bagian aplikasi tanpa melalui programmer/downloader, misalnya melalui USART.

  2. Memori Data Adalah memori RAM yang digunakan untuk keperluan program. Memori data terbagi dalam empat bagian yaitu 32 General Purphose Working Register (GPR), 64 I/O register,

  Additional I/O register dan internal RAM. 32 General Purphose Working Register (GPR) adalah register khusus yang bertugas untuk membantu mengeksekusi program oleh ALU. I/O register dab Additional I/O register adalah register yang difungsikan untuk mengendalikan berbagai pheripheral dalam mikrokontroler.

  3. EEPROM Adalah memori data yang dapat mengendap ketika chip mati (off), digunakan untuk keperluan penyimpanan data yang tahan terhadap gangguan catu daya.

2.3.4 Jalur I2C [5]

  1. SDA, Port C bit 1 SDA, Two Wire Data Interface, ketika bit TWEN dalam TWCR di set untuk

mengaktifkan Two Wire Serial Interface, pin PC1 menjadi tidak terkoneksi dari port dan

menjadi serial data I/O untuk Two Wire Serial Interface. Didalam mode ini, ada sebuah spike

filter pada pin untuk menahan spike yang lebih pendek dari 50nS dari sinyal input, dan pin

dikendalikan oleh sebuah open drain driver dengan batasan slew rate. Ketika pin ini

digunakan sebagai Two Wire Serial Interface, pull up tetap dapat dikendalikan oleh bit

PORTC1 [5].

  2. SCL, Port C bit 0 SCL, Two Wire Serial Interface Clock, , ketika bit TWEN dalam TWCR di set untuk

mengaktifkan Two Wire Serial Interface, pin PC0 menjadi tidak terkoneksi dari port dan

menjadi serial clock I/O untuk Two Wire Serial Interface. Didalam mode ini, ada sebuah spike

filter pada pin untuk menahan spike yang lebih pendek dari 50nS dari sinyal input, dan pin

dikendalikan oleh sebuah open drain driver dengan batasan slew rate. Ketika pin ini

digunakan sebagai Two Wire Serial Interface, pull up tetap dapat dikendalikan oleh bit

PORTC0.

2.4 Regulator Tegan angan dan Driver Motor Pompa

2.4.1 Regulator Tegan angan

  Perangkat elektronik nika rata-rata memerlukan tegangan 5VDC, se sedangkan sumber daya

yg digunakan memiliki nil nilai tegangan lebih dari 5VDC. Oleh karena a itu diperlukan sebuah

regulator tegangan agar r tidak merusak komponen elektronika a akibat tegangan yang

berlebihan. Untuk mereg egulasi tegangan digunakan sebuah IC 7 7805 yang berfungsi

menurunkan level teganga gan sampai dengan kurang lebih 5VDC. S . Selain berfungsi untk